JP3578286B2

JP3578286B2 - Metal member joining method, Au-Sn brazing insert material, inkjet printer

Info

Publication number: JP3578286B2
Application number: JP31312794A
Authority: JP
Inventors: 啓司渡辺; 邦裕玉橋; 淳砂原; 正也堀野; 顕臣河野
Original assignee: 日立プリンティングソリューションズ株式会社
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JPH08168889A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ａｕ−Ｓｎ合金（Ｎｉ、Ｃｕなどの下地めっき成分を含有するものでその含有比率の小さいＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｓｎ−Ｃｕ成分を含む）を用いて金属部材同士をろう付けにより接合する方法及びＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材、これらの接合技術を利用したインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ａｕ−Ｓｎ合金を用いて金属部材同士をろう付けする場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金箔及び接合表面の酸化膜を除去する作用を持つフラックスを接合部に挿入し、加熱加圧してろう付けを行っていた。その他の接合方法としては、インクジェットプリンタのプリントヘッドの部品同士を、有機接着剤による接着や、特開平２−１０７４５１号公報に示されるごとく、Ｎｉ−ＰろうやＡｕ−Ｎｉろうなどの高融点ろう材を用いて接合していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ａｕ−Ｓｎろう付けの際にＡｕ−Ｓｎ合金箔及びフラックスを接合部に挿入する場合には、フラックスは腐食性を有するので、残留フラックスを洗浄除去する工程が必要であった。さらに、はんだ中に巻き込まれて接合部に残留したフラックスが接合部を腐食させるという問題があった。またＡｕ−Ｓｎ合金はほとんど延性を有しないので圧延することができず、箔とするには板状のインゴットを研削によって薄く加工することが必要であった。
【０００４】
一方、プリントヘッドの接合に有機接着剤を用いる場合には、接着剤の経時劣化により接着強度が低下し、接合部の信頼性を高めることが困難であった。また高融点ろう材を用いる場合は、接合される部材が高温による降伏強度低下や熱ひずみが原因となって塑性変形するので、接合精度を向上させることが困難であった。
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、前述した如きＡｕ−Ｓｎ合金箔、フラックス、有機接着剤、高融点ろう材の問題を解消するために、これに代わるＡｕ−Ｓｎ合金接着手法を用いて、しかも、その接合条件に工夫をなして、接合強度が高く、耐食性、接合精度に優れた高信頼性の接合技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、まず、次のような接合方法を提案する。
【０００７】
すなわち、母材側から順に厚さ０．５μｍ以下の下地めっき（例えばＮｉめっき）、厚さ５μｍ以下のＡｕめっき、厚さ５μｍ以下のＳｎめっき、厚さ５μｍ以下のＡｕめっきを層状に施した金属部材同士を、
或いは前記層状めっきを施した金属部材と、母材側から順に厚さ０．５μｍ以下の下地めっき、厚さ０．５μｍ以下のＡｕめっきを層状に施した金属部材とを、真空中或いは不活性ガス中にて加熱・加圧して接合し、
且つ接合条件として、
前記下地めっきを除いたＡｕめっきとＳｎめっきとの系での組成を、積層されるめっき組合せ全体でＳｎが２０ｍａｓｓ％を超え４０ｍａｓｓ％未満とし、
前記Ａｕめっき及びＳｎめっきは、めっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２倍以上の水素及び水の少なくとも一つを含む湿式めっきを用いたことを特徴とする（これを第１の発明とする）。
【０００８】
また、被接合部材同士をろう付け用インサート材を介して接合する方式において、インサート材の母材の表面に下地めっきを施し、且つその上にＡｕめっき及びＳｎめっきを層状に施してあり、これらのめっき層のうち少なくとも１種類のめっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２倍以上の水素あるいは水を含ませたＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を提案する（これを第２の発明とする）。
【０００９】
【作用】
第１の発明によれば、接合工程において、被接合部材同士を加圧しつつ加熱すると、Ａｕ及びＳｎが共晶反応を生じて溶解（溶融）する。この場合、少なくともＡｕめっき及びＳｎめっきは、Ｈ_２ガス及び水分を多量に含んでおり、加熱によりこれらのガスが泡となってＡｕ−Ｓｎ融液から加熱雰囲気内に放出される。このガス放出の際、泡がＡｕ−Ｓｎ融液を撹拌し、Ａｕ−Ｓｎ融液に残留している汚染物層を分断破壊するので、Ａｕ−Ｓｎ融液は完全に一体化する。
【００１０】
接合過程において、Ａｕ−Ｓｎ融液と下地めっき（ここではＮｉめっきとする）との界面には両者の反応生成物であるＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ化合物が形成される。この金属間化合物は強度が低く、接合強度の低下要素となるが、上記各めっきの厚さ設定（量的設定）において、さらに加熱を続けると、下地めっきとしてのＮｉめっきの厚さを０．５μｍ以下とすることにより、Ｎｉめっき及びＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物がＡｕ−Ｓｎ融液中に完全に溶解して上記の接合強度低下要素が解消し、被接合部材はそれぞれＡｕ−Ｓｎ融液に直接接触する。次に冷却すれば、接合部はＮｉをわずかに含むＡｕ−Ｓｎ合金となり、これにより被接合部材同士（金属部材同士）が強固に接合される。
【００１１】
また、Ａｕ−Ｓｎ２元系の共晶点は、Ａｕ−２０ｍａｓｓ％Ｓｎであるが、Ａｕ−Ｓｎ融液中にＮｉが溶解する過程では、ＮｉとＳｎが反応して金属間化合物を形成し、その分Ａｕ−Ｓｎ融液中のＳｎ含有量が減少する。共晶点よりもＳｎが減少すると、Ａｕ−Ｓｎ合金の融点は急激に増大する。
【００１２】
たとえば接合初期のＡｕ−Ｓｎ融液が共晶組成である場合、６３３Ｋに加熱すると完全に液相状態にあるが、ここでＳｎがＮｉとの反応により消費されると、Ａｕ−Ｓｎ融液中のＳｎ濃度が低下して融点が上昇する。Ｓｎ濃度が低下すると、Ａｕ−Ｓｎ融液の融点が加熱温度と等しくなり等温凝固する。いったん凝固してしまうとＮｉのＡｕ−Ｓｎ合金中への溶解速度が極端に減少し、Ｎｉを完全にＡｕ−Ｓｎ合金中へ溶解させるには極めて長時間を要することになる。したがってＮｉが完全に溶解するまでＡｕ−Ｓｎ合金を溶融させ続けるには、初期のＡｕ−Ｓｎ融液のＳｎ濃度をＮｉとの反応を考慮して２０ｍａｓｓ％を越えて３０ｍａｓｓ％以下とするのがよく、望ましくは２２ｍａｓｓ％から２９ｍａｓｓ％、さらに望ましくは２４ｍａｓｓ％から２８ｍａｓｓ％とするのがよい。
【００１３】
第２の発明のＡｕ−Ｓｎろう付けインサート材を用いて被接合部材同士を接合する場合には、次のように行われる。
【００１４】
被接合部材間にＡｕ−Ｓｎろう付けインサート材を挿入し、接合面を密着させて加熱する。インサート材側のＡｕめっき、Ｓｎめっきは共晶反応を生じて溶融する（この場合、被接合部材側の母材表面にもＡｕめっきを施して、このＡｕめっきとインサート材側のＡｕめっき、Ｓｎめっきとを溶融させ合ってもよい）。
【００１５】
本発明においても、Ｈ_２ガス及び水分に起因するガス（泡）がＡｕ−Ｓｎ融液を撹拌し、また、接合部が最終的には、Ｎｉをわずかに含むＡｕ−Ｓｎ合金或いはＮｉ含有比率が小さいＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金となる。したがって、このろう付けインサート材を用いることで、被接合部材同士が強固に接合される。
【００１６】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の第１実施例を図１を用いて説明する。
【００１７】
図１は母材側から順に厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ３μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍのＳｎめっき及び厚さ０．５μｍのＡｕめっきを形成した金属部材同士を重ね合わせて、Ｎ_２ガス中にて加熱加圧して接合する積層接合方法を示す図である。
【００１８】
１０１は厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４板（母材）、１０２は厚さ０．３μｍのＮｉめっき（母材の耐食性を図るための下地めっき）、１０３は厚さ３μｍのＡｕめっき、１０４は厚さ３μｍのＳｎめっき、１０５は厚さ０．５μｍのＡｕめっき、１０６ａはＡｕとＳｎとが共晶反応して生成したＡｕ−Ｓｎ合金融液、１０６ｂは、上記融液が凝固したＡｕ−Ｓｎ合金、１０７はＡｕ−Ｓｎ合金融液１０６ａとＮｉとが反応して生成したＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物である。本例では、母材１０１の両面に上記４層のめっきが形成してある。
【００１９】
次に接合プロセスについて説明する。
【００２０】
まず、接合条件としては、
▲１▼Ｎｉめっき１０２を除いたＡｕめっき１０３、１０５とＳｎめっき１０４との系での組成を、Ａｕめっきに対して、積層されるめっき組合せ全体でＳｎが２０ｍａｓｓ％を超え４０ｍａｓｓ％未満とし、
▲２▼また、各めっき１０２〜１０５は、めっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２倍以上の水素及び水の少なくとも一つを含む湿式めっきを用いている。
【００２１】
上記条件の下で、
（１）上述の４層のめっき１０２〜１０５を施したＳＵＳ３０４板（被接合金属部材）１０１を対向させて置き、雰囲気をＮ_２ガスにて置換する〔図１（ａ）〕。
【００２２】
（２）被接合金属部材を加圧しつつ３６０℃に加熱すると、上記めっき層のうちＡｕ及びＳｎが共晶反応を生じて溶解し、Ａｕ−Ｓｎ融液１０６ａを形成する〔図１（ｂ）〕。各めっき皮膜はＨ_２ガス及び水分を多量に含んでおり、加熱によりこれらのガスが放出される。放出されたガスは泡１０８となってＡｕ−Ｓｎ融液１０６ａ中から雰囲気内へ放出される。この際ガスの泡１０８がＡｕ−Ｓｎ融液１０６ａを攪拌し、Ａｕ−Ｓｎ融液１０６ａ中に残留している汚染物層１０９を分断破壊するので、Ａｕ−Ｓｎ融液層１０６ａは完全に一体化する。Ａｕ−Ｓｎ融液１０６ａとＮｉめっき１０２との界面には両者の反応生成物であるＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物１０７が形成される。この金属間化合物１０７はもろく、またＮｉめっき１０２との密着強度が低いので接合強度の低下をもたらすが、さらに加熱を続けるとＮｉめっき１０２及びＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物１０７はＡｕ−Ｓｎ融液１０６ａ中に完全に溶解し、Ａｕ−Ｓｎ融液と母材（ＳＵＳ３０４板）１０１とが直接接触する。次に接合部を冷却すれば、上記Ａｕ−Ｓｎ融液は、Ｎｉをわずかに含むＡｕ−Ｓｎ合金１０６ｂとなり、これによってＳＵＳ３０４板１０１同士が強固に接合される〔図１（ｃ）〕。
【００２３】
図２によりＳＵＳ３０４板同士の接合におけるピール強度とＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物の厚さとの関係を説明する。図２は横軸が金属間化合物とＮｉめっきを合わせた厚さｄを示し、縦軸がピール強度を示す。ピール強度はｄが小さいほど高くなる傾向を示している。最も強度が高いのは、ｄが０すなわちＡｕ−Ｓｎ融液中にＮｉが完全に溶解してしまった場合であることが分かる。
【００２４】
図３にＡｕ−Ｓｎ２元系の状態図を示す。Ａｕ−Ｓｎ２元系の共晶点はＡｕ−２０ｍａｓｓ％Ｓｎであり、図中では点Ａとして示されている。Ａｕ−Ｓｎ融液中にＮｉが溶解する過程では、ＮｉとＳｎが反応して金属間化合物を形成し、その分Ａｕ−Ｓｎ融液中のＳｎ含有量が減少する。共晶点よりもＳｎが減少すると、Ａｕ−Ｓｎ合金の融点は急激に増大することが状態図に示されている。
【００２５】
たとえば接合初期のＡｕ−Ｓｎ融液が共晶組成である場合、６３３Ｋに加熱すると状態図中の位置は点Ａとなり、完全に液相であることがわかる。ここでＳｎがＮｉとの反応により消費されると、Ａｕ−Ｓｎ融液中のＳｎ濃度が低下して融点が上昇する。Ｓｎ濃度が低下して点Ａ’に到達すると、Ａｕ−Ｓｎ融液の融点が加熱温度と等しくなり等温凝固する。いったん凝固してしまうとＮｉのＡｕ−Ｓｎ合金中への溶解速度が極端に減少し、Ｎｉを完全にＡｕ−Ｓｎ合金中へ溶解させるには極めて長時間を要することになる。したがってＮｉが完全に溶解するまでＡｕ−Ｓｎ合金を溶融させ続けるには、初期のＡｕ−Ｓｎ融液のＳｎ濃度をＮｉとの反応を考慮して２０ｍａｓｓ％を越えて３０ｍａｓｓ％以下とするのがよく、望ましくは２２ｍａｓｓ％から２９ｍａｓｓ％、さらに望ましくは２４ｍａｓｓ％から２８ｍａｓｓ％とするのがよい。
【００２６】
本実施例によれば、次のような効果を奏する。
（イ）上記のごとく、接合プロセスにおいて、Ａｕ−Ｓｎ合金を撹拌することができ、しかも、Ａｕ−Ｓｎの重量配分を、下地のＮｉめっき及びプロセス中に生じるＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ化合物との反応を考慮して定めてあるので、そのプロ
セスで接合強度が高い接合方法を提供することができる。
（ロ）Ａｕ−Ｓｎ合金を箔としてではなく、めっき皮膜の形態で供給するので、従来のような機械加工によるＡｕ−Ｓｎ箔を製作する工程をなくし、製作コス
トの低減を図り得る。
（ハ）接合前の接合表面はＡｕであり、Ａｕが酸化しないことからフラックスを用いなくとも接合部を一体化させることが可能になり、従来のようなフラックス除去作業をなくし作業効率を高めると共に、残留フラックスによる接合部の
腐食といった問題をなくし、接合部の耐食性を高めることができる。
【００２７】
〔実施例２〕
本発明の第２実施例を図４を用いて説明する。
【００２８】
本実施例では、母材側から順に厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ３μｍのＡｕめっき、厚さ２．５μｍのＳｎめっき及び厚さ０．５μｍのＡｕめっきを形成した金属部材と、厚さ０．３μｍのＮｉめっき及び厚さ０．５μｍのＡｕめっきを形成した金属部材とを積層して、Ｎ_２ガス中にて加熱加圧して接合する積層接合方法を示す図である。
【００２９】
４０１ａ及び４０１ｂは、母材（被接合部材）となるべき厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４板、４０２ａ及び４０２ｂは厚さ０．３μｍのＮｉめっき（下地めっき）、４０３ａは厚さ２．５μｍのＡｕめっき、４０４ａは厚さ３μｍのＳｎめっき、４０５ａ及び４０５ｂは厚さ０．５μｍのＡｕめっき、４０６ａはＡｕとＳｎとが共晶反応して生成したＡｕ−Ｓｎ合金融液、４０６ｂは凝固したＡｕ−Ｓｎ合金、４０７ａはＡｕ−Ｓｎ合金融液４０６とＮｉめっき４０２ａとが反応して生成したＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物、４０７ｂはＡｕ−Ｓｎ合金融液４０６とＮｉめっき４０２ｂとが反応して生成したＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物である。
【００３０】
次に接合プロセスについて説明する。
【００３１】
本例も第１実施例同様の接合条件▲１▼▲２▼、すなわち、Ｎｉめっきを除いたＡｕめっき４０３ａ、４０５ａ、４０５ｂとＳｎめっき４０４ａとの系での組成を、積層されるめっき組合せ全体でＳｎが２０ｍａｓｓ％を超え４０ｍａｓｓ％未満とし、
また、各めっき４０２ａ〜４０５ａ、４０２ｂ、４０５ｂは、めっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２倍以上の水素及び水の少なくとも一つを含む湿式めっきを用いている。
【００３２】
上記接合条件の下で、
（１）上述のめっきを施した被接合部材同士（ＳＵＳ３０４板４０１ａ及び４０１ｂ）を対向させて置き、雰囲気をＮ_２ガスにて置換する〔図４（ａ）〕。
（２）これらの被接合金属部材同士を、わずかに加圧しつつ３６０℃に加熱する。Ａｕ及びＳｎが共晶反応を生じて溶解する。この場合、図１にて説明した実施例の場合とは異なり、母材４０１ｂ側のＡｕめっき４０５ｂは、母材４０１ａ上のＳｎと反応して初めて溶融する。したがって、わずかの時間差ではあるが、母材４０１ａ上のめっき４０３ａ、４０４ａ及び４０５ａがまず溶融してＡｕ−Ｓｎ融液を形成し、その中にＡｕめっき４０５ｂが溶解することになる〔図４（ｂ）〕。
【００３３】
各めっき皮膜はＨ_２ガス及び水分を多量に含んでおり、加熱によりこれらのガスが放出される。放出されたガスは泡となってＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａ中から雰囲気内へ放出される。この際ガスの泡４０８がＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａを攪拌し、Ａｕ−Ｓｎ融液４０６ａ中に残留している汚染物層４０９を分断破壊するので、Ａｕ−Ｓｎ融液４０６ａは完全に一体化する。
【００３４】
Ａｕ−Ｓｎ融液４０６ａとＮｉめっき４０２ａ及び４０２ｂとの界面には両者の反応生成物であるＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物４０７ａ及び４０７ｂが形成される。この金属間化合物は強度が低く、接合強度の低下をもたらすが、さらに加熱を続けるとＮｉめっき４０２ａ、４０２ｂ、Ｎｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物４０７ａ及び４０７ｂはＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａ中に完全に溶解し、Ａｕ−Ｓｎ融液４０６ａとＳＵＳ３０４板４０１ａ及び４０１ｂとが直接接触する。次に冷却すればＮｉをわずかに含むＡｕ−Ｓｎ合金４０６ｂとなり、これによってＳＵＳ３０４板４０１ａ及び４０１ｂが強固に接合される〔図４（ｃ）〕。
【００３５】
接合初期のＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａが共晶組成である場合には、前述の通りＳｎとＮｉとの反応によりＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａ中のＳｎ濃度が低下して融点が上昇することにより、Ａｕ−Ｓｎ融液４０６ａは等温凝固する。いったん凝固してしまうとＮｉのＡｕ−Ｓｎ合金中への溶解速度が極端に減少し、Ｎｉめっき４０２ａ及び４０２ｂを完全にＡｕ−Ｓｎ合金中へ溶解させるには極めて長時間を要することになる。したがってＮｉめっき４０２ａ及び４０２ｂが完全に溶解するまでＡｕ−Ｓｎ合金を溶融させ続けるには、初期のＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａのＳｎ濃度をＮｉとの反応を考慮して２０ｍａｓｓ％を越えて３０ｍａｓｓ％以下とするのがよく、望ましくは２２ｍａｓｓ％から２９ｍａｓｓ％、さらに望ましくは２４ｍａｓｓ％から２８ｍａｓｓ％とするのがよい。本実施例の場合は初期のＡｕ−Ｓｎ融液４０６ａのＳｎ濃度は、めっき皮膜４０３ａ、４０４ａ及び４０５ａにＡｕめっき４０５ｂの量を加味して算出する必要がある。
【００３６】
本実施例によれば、第１実施例同様の効果を奏することができる。
【００３７】
〔実施例３〕
本発明の第３実施例を図５及び図６を用いて説明する。
【００３８】
本実施例は、上記各実施例と異なり、被接合部材同士をＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を介して接合する一例であり、図５にそのインサート材の縦断面図を、図６にその接合プロセスを示す。
【００３９】
５０１は穴のない厚さの一様なＳＵＳ３０４板（インサート材）、５０２はインサート材５０１の両面に形成されたろう付けのめっき層で、例えば、ろう付け層５０２は、インサート材側から順にＳＵＳ３０４板上に形成された厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ３μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍのＳｎめっき、厚さ０．５μｍのＡｕめっきの４層からなるろう材層である。
【００４０】
本実施例はＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材の最も基本的な実施例である。本実施例は微小部分のろう付けに適している。穴のない厚さの一様なＳＵＳ３０４板５０１を用いることにより、ＳＵＳ３０４板上に形成された各めっき層の厚さを均一にすることが容易であり、仕上がり寸法精度の高い接合を行うことが可能である。
【００４１】
図６により本実施例の接合プロセスを説明する。
【００４２】
５０３及び５０４はＳＵＳ３０４製の微小な被接合部材で、この被接合部材（母材）５０３、５０４の接合面となるべき面には、厚さ０．３μｍのＮｉめっき（下地めっき）５０５及び厚さ０．５μｍのＡｕめっき５０６が形成してある。
【００４３】
接合条件としては、本実施例においても、上記めっき層のうち、少なくとも１種類のめっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２以上の水素あるいは水を含ませている。
【００４４】
接合プロセスは次のとおりである。
（１）まず被接合部材５０３及び５０４の間に、図５にて詳細を示したろう材層５０２付きＳＵＳ３０４板５０１からなるＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を挿入する〔図６（ａ）〕。
（２）次に被接合部材５０３、５０４とインサート材との接合面を密着させ、Ｎ_２雰囲気中で３６０℃に加熱する。ろう材層５０２とＮｉめっき５０５及びＡｕめっき５０６が共晶反応を生じて溶融し、Ｎｉ含有比率が小さいＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液５０７ａを形成する。この過程で、ろう材層５０２からのアウトガスにより、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液５０７ａ中に気泡５０８が形成されるが、接合部が微小であるので大部分の気泡を加熱中に接合部外に放出させることが可能である〔図６（ｂ）〕。接合部を冷却することによりＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液は符号５０７ｂに示すように凝固し、被接合部材５０３及び５０４は、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金５０７ｂにより強固に接合される〔図６（ｃ）〕。ＳＵＳ３０４板５０１の寸法としては、幅５ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下、さらに望ましくは２ｍｍ以下とすることが必要である。接合部の幅が大きい場合は、気泡５０８を接合部外に放出させることが困難となり、結果として大きな気泡が接合部に残留し、接合強度を極端に低下させるので、接合部の大きさに応じて本実施例を適用する必要がある。厚さは用途に合わせて任意に選択できる。典型的な例としては厚さ５０μｍである。
【００４５】
本実施例によれば、第１、第２実施例と同様の効果を奏するほかに、接合用のめっき層の大部分をインサート材側に形成することで、被接合部材の適用対象を広げることができる。
【００４６】
〔実施例４〕
本発明の第４実施例を図７及び図８を用いて説明する。
【００４７】
図７は本実施例に係るＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材の断面図であり、図中、７０１は、ガス溜め穴（貫通穴）７０２を多数あけた厚さの一様なＳＵＳ３０４板（インサート材）で、このインサート材７０１の表面にろう材層５０２が形成してある。ろう材層５０２は、インサート材の母材（ＳＵＳ３０４板）７０１側から順に積層された厚さ０．３μｍのＮｉめっき（下地めっき）、厚さ３μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍのＳｎめっき、厚さ０．５μｍのＡｕめっきの４層からなる。
【００４８】
本実施例においても、上記めっき層のうち、少なくとも１種類のめっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２以上の水素あるいは水を含ませている。
【００４９】
図８により本実施例の接合プロセスを説明する。
【００５０】
図８は、本実施例におけるＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を用いて２つの部材を接合する方法を示し、図中、８０３及び８０４は、ＳＵＳ３０４製の被接合部材、８０５は厚さ０．３μｍのＮｉめっき、８０６は厚さ０．５μｍのＡｕめっき、８０７ａは接合プロセス途中のＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液、８０７ｂは凝固したＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金、８０８は気泡である。
【００５１】
接合プロセスは次のとおりである。
（１）まず被接合部材８０３及び８０４の間に図７にて詳細を示したＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材７０１を挿入する〔図８（ａ）〕。
（２）次に接合面を密着させ、Ｎ_２雰囲気中で３６０℃に加熱する。ろう材層５０２とＮｉめっき８０５及びＡｕめっき８０６が共晶反応を生じて溶融し、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液８０７ａを形成する〔図８（ｂ）〕。この際、ろう材層５０２からのアウトガスによりＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液８０７ａ中に気泡８０８が形成される。これらの気泡８０８のうち、接合部外周に近いものは、そのまま接合部外に放出されるが、接合部外周から離れているものはインサート材（ＳＵＳ３０４板）７０１に設けられたガス溜め穴７０２に捕捉されることにより、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液外に放出される。この作用により、被接合部材が微小でなくとも、接合部から気泡８０８を除去することが可能である。接合部を冷却することにより、符号の８０７ｂに示すようにＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液は凝固し〔図８（ｃ）〕、被接合部材８０３及び８０４はＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金８０７ｂにより強固に接合される。
【００５２】
図９を用いて上記第４実施例に適用するＳＵＳ３０４板にあけられた穴の寸法及び配置の例を説明する。９０１はＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材、９０２、９０３、９０４はガス溜め用の穴である。
【００５３】
図９（ａ）に示す例では穴９０２は円形、（ｂ）に示す実施例では穴９０３は矩形、（ｃ）に示す実施例では穴９０４は不定形である。これらに示すごとく、穴は任意の形状とすることができる。これらの穴の直径はＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材９０１の厚さの１／２倍以上、望ましくは１倍以上、さらに望ましくは２倍以上、さらに望ましくは３倍以上とする。また穴のピッチは、直径５ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下、さらに望ましくは２ｍｍ以下の円内に１個以上の穴が位置する値とする。このように穴を配置することにより、ろう材層５０２から生じたガスによる気泡を有効に捕捉することができ、強固な接合部を得ることができる。
【００５４】
〔実施例５〕
本発明の第５実施例を図１０及び図１１を用いて説明する。
【００５５】
図１０は本実施例に係るＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材の断面図で、図中、１００１は穴のない厚さの一様なＳＵＳ３０４板（インサート材）、１１０２は、インサート材１００１上に部分的に形成されたろう材層で、ろう材層１１０２は、母材１００１側から順に厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ３μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍのＳｎめっき、厚さ０．５μｍのＡｕめっきの４層からなり、部分的に形成されたろう材層１１０２が多数、間隔１１０９を置いて縞状或いは格子状に形成されている。
【００５６】
本実施例においても、少なくとも１種類のめっき皮膜内に０℃、１気圧換算でめっき体積の１／２倍以上の水素あるいは水を含ませている。
【００５７】
図１１により、本実施例におけるＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を用いて２つの部材を接合するプロセスを説明する。
【００５８】
図１１において、１１０３及び１１０４は、ＳＵＳ３０４製の被接合部材、１１０５は部分的に施された厚さ０．３μｍのＮｉめっき、１１０６はＮｉめっき１１０５上に形成された厚さ０．５μｍのＡｕめっき、１１０７ａはＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液、１１０７ｂは凝固したＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金、１１０８は気泡である。
【００５９】
接合プロセスは次のとおりである。
（１）まず被接合部材１１０３及び１１０４の間に、図１０にて詳細を示したＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を挿入する〔図１１（ａ）〕。
（２）次に接合面を密着させ、Ｎ_２雰囲気中で３６０℃に加熱する。ろう材層１１０２とＮｉめっき１１０５及びＡｕめっき１１０６が反応を生じて溶融し、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液１１０７ａを形成する〔図１１（ｂ）〕。この際、ろう材層１１０２からのアウトガスによりＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液１１０７ａ中に気泡１１０８が形成される。これらの気泡１１０８は、周囲のろう材層５０２が形成されていない部分（間隙）１１０９を通じて接合部外に放出される。この効果により被接合部材が微小でなくとも、接合部から気泡１１０８を除去することが可能である。
【００６０】
次に接合部を冷却することにより、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液は符号１１０７ｂに示すように凝固し、被接合部材１１０３及び１１０４はＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金１１０７ｂにより強固に接合される。
【００６１】
ＳＵＳ３０４製の被接合材１１０３および１１０４は、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液１１０７ａにぬれないので、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液１１０７ａは部分的に施されたＮｉめっき１１０５の外部に広がることはない。したがってＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液１１０７ａがぬれなかった部分には空間１１０９が確保される。この空間部分は流体を導く流路として利用することができる。
【００６２】
さらにＳＵＳ３０４製の被接合材１１０３および１１０４を、電気回路が形成された基板あるいは電子デバイスとすることにより、凝固したＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金１１０７ｂを電極兼電子デバイス固定用構造材料として用いることが可能である。
【００６３】
〔実施例６〕
本発明の第６実施例を図１２、図１３及び図１４を用いて説明する。本実施例は、上記各実施例の接合方式の一例として、インクジェットプリンタへの適用例を示すものである。
【００６４】
図１２は本実施例のインクジェットプリンタの断面である。１２０１は筐体、１２０２はメモリーカード、１２０３は制御基板、１２０４は紙送りベルト、１２０５は用紙、１２０６は用紙受け、１２０７はプリントヘッド、１２０８はインクローダ、１２０９はインクカセット、１２１０は用紙カセット、１２１１はヘッド送りモータ、１２１２は用紙ピックアップローラ、１２１３はヘッドキャリッジ、１２１４は紙送りモータ、１２１５は電源、１２１６は液体インク、１２１７は固体インク、１２１８はインク溶融用のヒータ、１２１９は印字ノズルである。
【００６５】
ここで、本例のインクジェットプリンタの動作を説明する。
【００６６】
まず用紙カセット１２１０に用紙１２０５をセットする。用紙は２００枚までセット可能である。図示しないコンピュータより印字信号が送られると、印字信号はメモリーカード１２０２内に一時的に記憶され、制御基板に実装されたマイクロコンピュータにより印刷イメージに展開される。印刷イメージができあがると、用紙１２０５は用紙ピックアップローラ１２１２によりピックアップされ、印刷所定位置まで紙送りモータ１２１４及び紙送りベルト１２０４により送られる。ついで用紙１２０５の位置を紙送りベルト１２０４で制御し、ヘッドキャリッジ１２１３を介してヘッド送りモータ１２１１にてプリントヘッドの位置を制御しつつ、プリントヘッド１２０７の先端に取り付けられた印字ノズルよりインクを噴射して印字を行う。プリントヘッド内のインクの量がある一定量以下となると、インクローダにより自動的にインクカセット１２０９内に蓄えられている固体インク１２１７が供給される。固体インク１２１７はプリントヘッド内のヒータ１２１８により供給される熱により溶融し、液体インク１２１６となる。上述の全ての動作は制御基板１２０３により制御される。また印字動作に必要な全ての電力は電源１２１５により供給される。
【００６７】
図１３により印字ノズル１２１９の詳細を示す。
【００６８】
このうち、１３１０は厚さ０．３μｍのＮｉめっき及び厚さ０．５μｍのＡｕめっきが施されたアルミニウム製ハウジングホルダであり、このアルミニウム製ハウジングホルダ１３１０には、インク流路１３１１及び１３１２、ＰＺＴアクチュエータ１３１３が配設されている。
【００６９】
１３２０はインサート材となるＳＵＳ３０４製ボンディングプレートで、このボンディングプレート１３２０は、母材側から順に厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ２．５μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍのＳｎめっき、厚さ０．５μｍのＡｕめっきの４層よりなるろう材層が形成されている。
【００７０】
このボンディングプレート１３２０には、ＰＺＴアクチュエータ用穴１３２２が設けてある。
【００７１】
１３３０はＮｉ合金製ダイアフレームフィルタープレートで、このダイアフレームフィルタープレート１３３０の表面には、厚さ０．３μｍのＮｉめっき及び厚さ０．５μｍのＡｕめっきが施されている。
【００７２】
また、ダイアフレームフィルタープレート１３３０には、フィルターメッシュ１３３１が形成されている。
【００７３】
１３４０はＳＵＳ３０４製リストリクタープレートで、その表面には、厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ２．５μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍのＳｎめっき、厚さ０．５μｍのＡｕめっきよりなるろう材層が施されている。
【００７４】
リストリクタープレート１３４０には、リストリクター１３４１が設けてある。
【００７５】
１３５０はＮｉ合金製オリフィスプレートで、その表面には、厚さ０．３μｍのＮｉめっき及び厚さ０．５μｍＡｕめっきが施されている。オリフィスプレート１３５０には、オリフィス１３５１が配設されている。
【００７６】
１３６０はインク通過経路、１３７０はインク、１３１４、１３２３、１３３２、１３４２及び１３５２は組み立て時の位置決め穴、１３１５、１３２４、１３３３、１３４３及び１３５３はプリントヘッドへの取り付け用ボルトの通し穴、１３２５及び１３４４は直径０．１５ｍｍの穴である。
【００７７】
これらを位置決め穴と位置決めピンを用いて、図１４に示すように、アルミニウム製ハウジングホルダ１３１０、ボンディングプレート１３２０、ダイアフレームフィルタプレート１３３０、リストリクタープレート１３４０、オリフィスプレート１３５０を位置決めして重ね合わせ、Ｎ_２雰囲気中で６０秒間、３６０℃の加熱及び１２０ｋｇｆの加圧を行い接合する。
【００７８】
ボンディングプレート１３２０及びリストリクタープレート１３４０には、接合時にＡｕ−Ｓｎ合金から放出されるガスを逃がす穴１３２５及び１３４４が一面に開けられており、各部品を強固に接合することができる。
【００７９】
接合されたノズル内には微細なインク流路が形成される。プリントヘッドから供給されたインクはインク流路１３１１に流入し、インク通過経路１３６０に沿ってボンディングプレート３１２０を通過し、ダイアフレームフィルタープレート１３３０に形成されたフィルターメッシュ１３３１にて異物をろ過し、リストリクタープレート１３４０に形成されたリストリクター１３４１に流入する。次にＰＺＴアクチュエータ１３１３がボンディングプレート１３２０に形成されたＰＺＴアクチュエータ用穴を通してダイアフレームフィルタープレート１３３０を変位させることによりリストリクター部に蓄えられたインク１３７０に圧力を加える。インク１３７０はその反動でオリフィスプレートに形成されたオリフィス１３５１から勢いよく噴出し、印字にあずかる。
【００８０】
図１４を用いて印字ノズル１２１９の接合部構造を説明する。１４１０は、厚さ０．３μｍのＮｉめっき及び０．５μｍＡｕめっきからなるめっき層、１４２０は、厚さ０．３μｍのＮｉめっき、厚さ２．５μｍのＡｕめっき、厚さ３μｍＳｎめっき及び厚さ０．５μｍのＡｕめっきからなるろう材層、１４２１はガス溜め、１４３０はＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金からなるろう材、１４５０はエポキシ接着剤である。
【００８１】
接合プロセスは次のとおりである。まず被接合部材１３１０、１３２０、１３３０、１３４０及び１３５０を重ね合せる。次に接合面を密着させ、Ｎ_２雰囲気中で３６０℃に加熱する。ろう材層１４２０とめっき層１４１０が反応を生じて溶融し、Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液を形成する。この際、ろう材層１４２０からのアウトガスによりＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液中に気泡が形成されるが、これらの気泡は周囲のガス溜め１４２１に吸収され、接合部から除去される。接合部を冷却することによりＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液は凝固して固相のろう材１４３０となり、各部材は強固に接合される。次にＰＺＴ１４４０をエポキシ接着剤１４５０を用いてダイアフレームプレート１３３０に接着する。
【００８２】
プリントヘッドから供給されたインクは、インク流路１３１１に流入し、インク通過経路１３６０に沿ってボンディングプレート１３２０を通過し、ダイアフレームフィルタープレート１３３０に形成されたフィルターメッシュ１３３１にて異物をろ過され、リストリクタープレートに形成されたリストリクター１３４１に流入する。次にＰＺＴアクチュエーター１３１３がボンディングプレート１３２０に形成されたＰＺＴアクチュエーター用穴を通してダイアフレームフィルタープレート１３３０を変位させることによりリストリクター部に蓄えられたインク１３７０に圧力を加える。インク１３７０はその反動でオリフィスプレートに形成されたオリフィス１３５１から勢いよく噴出し、印字にあずかる。
【００８３】
なお、被接合部材同士を接合する場合において、それらのめっきの厚さは、上記実施例に限定されるものではなく、例えば、母材側から順に厚さ０．５μｍ以下のＮｉめっき、厚さ５μｍ以下のＡｕめっき、厚さ５μｍ以下のＳｎめっき、厚さ５μｍ以下のＡｕめっきを層状に施したもの、
或いは、上記のような層状めっきを施した金属部材との接続対象として、母材側から順に厚さ０．５μｍ以下のＮｉめっき、厚さ０．５μｍ以下のＡｕめっきを層状に施したものであれば、本発明の所期の効果を奏することができる。
【００８４】
本実施例によれば、インク噴射ノズルを構成している各部品をＡｕ−Ｓｎ合金にて接続しているので、有機接着剤を用いて接合した場合よりも経時劣化が少なく、信頼性の高い接合を行うことができる。
【００８５】
また、Ａｕ−Ｓｎ合金は酸及びアルカリに対する耐食性に優れており、高温下で腐食性を有するインクでも用いることができ、インク設計の自由度が増加する。その結果、良好な印字特性を有するインクの開発が容易となる効果がある。
【００８６】
なお、上記実施例では各部品の材料をＳＵＳ３０４、Ｎｉ合金及びアルミニウムとしているが、一般の鉄鋼や銅合金など、Ａｕ−Ｓｎ共晶温度の２８０℃の加熱に耐える材料であればよい。またＡｕめっきの下地めっきとしてＮｉめっきを用いているが、Ｃｕめっきでも同様の効果を得ることができる。また接合雰囲気はＮ_２のみでなく、Ａｒ等の非酸化性雰囲気中にても同様に接合を行なうことができる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、
（イ）接合プロセスにおいて、めっき皮膜内に水素あるいは水を含ませておくことにより、接合時の加熱により水素あるいは水がガス化して、このガス（気泡）が接合外部流出に際して、溶融したＡｕ−Ｓｎ合金を攪拌しＡｕ−Ｓｎ合金を撹拌することができ、しかも、Ａｕ−Ｓｎの重量配分を、下地のＮｉめっき及びプロセス中に生じるＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ化合物との反応を考慮して定めてあるので、そのプロセスで接合強度が高い接合方法を提供することができる。さらに、耐食性を配慮して被接合部材の下地めっきとしてＮｉめっきを施すが、このＮｉめっきの厚さを０．５μｍ以下とすることにより、接合中にＮｉめっきはＡｕ−Ｓｎ合金融液中に完全に溶解し、接合界面に残留しないので強固な接合をより助長する。
【００８８】
（ロ）Ａｕ−Ｓｎ合金を箔としてではなく、めっき皮膜の形態で供給するので、従来のような機械加工によるＡｕ−Ｓｎ箔を製作する工程をなくし、製作コス
トの低減を図り得る。
【００８９】
（ハ）接合前の接合表面はＡｕであり、Ａｕが酸化しないことからフラックスを用いなくとも接合部を一体化させることが可能になり、従来のようなフラックス除去作業をなくし作業効率を高めると共に、残留フラックスによる接合部の
腐食といった問題をなくし、接合部の耐食性を高めることができる。
【００９０】
（ニ）また、本発明の接合法は、接合材の加熱温度も高融点ろう材に比較して低くできるので、熱による部材の変形も少ない。Ａｕ−Ｓｎ合金は耐食性に優れるので、腐食性の強いインクによっても腐食されることがない。特に、インクジェットの噴射ノズルを構成している各部品をＡｕ−Ｓｎ合金にて接続した場合には、有機接着剤を用いて接合した場合よりも経時劣化が少なく、信頼性の高い接合を行うことができる。
【００９１】
またＡｕ−Ｓｎ合金は酸及びアルカリに対する耐食性に優れており、高温下で腐食性を有するインクでも用いることができ、インク設計の自由度が増加する。その結果良好な印字特性を有するインクの開発が容易となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る接合プロセスを示す断面図。
【図２】ピール強度とＮｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物の厚さとの関係を示す線図。
【図３】Ａｕ−Ｓｎ２元系の状態説明図。
【図４】本発明の第２実施例に係る接合プロセスを示す断面図。
【図５】本発明の第３実施例に係るＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材の断面図。
【図６】上記Ａｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を用いて２つの部材を接合するプロセスを示す断面図。
【図７】本発明の第４実施例に係るＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材の断面図。
【図８】上記第４実施例のＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を用いて２つの部材を接合するプロセスを示す断面図。
【図９】第４実施例に用いるインサート材にあけられた穴の寸法及び配置の例を示す平面図。
【図１０】本発明の第５実施例に係るＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材の断面図。
【図１１】上記第５実施例のＡｕ−Ｓｎろう付け用インサート材を用いて２つの部材を接合するプロセスを示す断面図。
【図１２】本発明の適用対象となるインクジェットプリンタ（第６実施例）の断面図。
【図１３】上記インクジェットプリンタに用いる印字ノズルの詳細構造を示す分解斜視図。
【図１４】上記印字ノズルの接合プロセスを示す説明図。
【符号の説明】
１０１…ＳＵＳ３０４板（母材）、１０２…Ｎｉめっき、１０３…Ａｕめっき、１０４…Ｓｎめっき、１０５…Ａｕめっき、１０６ａ…Ａｕ−Ｓｎ合金融液、１０６ｂ…Ａｕ−Ｓｎ合金、１０７…Ｎｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物、４０１ａ、４０１ｂ…ＳＵＳ３０４板、４０２ａ、４０２ｂ…Ｎｉめっき、４０３ａ…Ａｕめっき、４０４ａ…Ｓｎめっき、４０５ａ、４０５ｂ…Ａｕめっき、４０６ａ…Ａｕ−Ｓｎ合金融液、４０６ｂ…Ａｕ−Ｓｎ合金、４０７ａ…Ｎｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物、４０７ｂ…Ｎｉ−Ａｕ−Ｓｎ金属間化合物、５０１…ＳＵＳ３０４板、５０２…ろう材層（Ｎｉめっき、Ａｕめっき、Ｓｎめっき、Ａｕめっき）、５０３及び５０４…被接合部材、５０５…Ｎｉめっき、５０６…Ａｕめっき、５０７ａ…Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液、５０７ｂ…Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金、５０８…気泡、７０１…穴付きＳＵＳ３０４板、７０２…ガス溜めの穴、５０２…ろう材層（Ｎｉめっき、Ａｕめっき、Ｓｎめっき、Ａｕめっき）、８０３、８０４…被接合部材、８０５…Ｎｉめっき、８０６…Ａｕめっき、８０７ａ…Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液、８０７ｂ…凝固したＡｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金、８０８…気泡、９０１…Ａｕ−Ｓｎろう付け用インサート材、９０２、９０３及び９０４…穴、１００１…ＳＵＳ３０４板、５０２…ろう材層（Ｎｉめっき、Ａｕめっき、Ｓｎめっき、Ａｕめっき）、１１０３、１１０４…ＳＵＳ３０４（被接合部材）、１１０５…Ｎｉめっき、１１０６…Ａｕめっき、１１０７ａ…Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金融液、１１０７ｂ…Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金、８０８…気泡、１２０７…プリントヘッド、１４１０…Ｎｉめっき・Ａｕめっきの層）、１４２０…ろう材層（Ｎｉめっき・Ａｕめっき・Ｓｎめっき・Ａｕめっきの層）、１４２１…ガス溜め、１４３０…Ａｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金からなるろう材、１４５０…エポキシ接着剤。[0001]
[Industrial applications]
The present invention uses an Au-Sn alloy (containing an underlying plating component such as Ni and Cu and containing a small content of an Au-Sn-Ni alloy and an Au-Sn-Cu component) to connect metal members to each other. The present invention relates to a method of joining by brazing, an insert material for Au-Sn brazing, and an ink jet printer using these joining techniques.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when brazing metal members using an Au-Sn alloy, a flux having an action of removing an Au-Sn alloy foil and an oxide film on a bonding surface is inserted into a bonding portion and heated and pressed. Had been attached. Other joining methods include bonding of print head components of an ink jet printer with an organic adhesive or a high melting point brazing filler such as Ni-P brazing or Au-Ni brazing as disclosed in JP-A-2-107451. It was joined using materials.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the Au-Sn alloy foil and the flux are inserted into the joint at the time of the Au-Sn brazing, the flux has a corrosive property, so that a step of cleaning and removing the residual flux is required. Further, there is a problem that the flux that is caught in the solder and remains at the joints corrodes the joints. In addition, since the Au-Sn alloy has almost no ductility, it cannot be rolled. In order to form a foil, it is necessary to thinly process a plate-shaped ingot by grinding.
[0004]
On the other hand, when an organic adhesive is used for joining the print heads, the adhesive strength decreases due to the aging of the adhesive, and it has been difficult to increase the reliability of the joint. Further, when a high melting point brazing material is used, it is difficult to improve the joining accuracy because members to be joined are plastically deformed due to a decrease in yield strength due to a high temperature and thermal strain.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to solve the problems of Au-Sn alloy foil, flux, organic adhesive, and high melting point brazing material as described above, and to substitute Au-Sn alloy bonding It is an object of the present invention to provide a highly reliable joining technique that has high joining strength, high corrosion resistance, and excellent joining accuracy by using a technique and devising the joining conditions.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention first proposes the following joining method.
[0007]
That is, a base plating (for example, Ni plating) having a thickness of 0.5 μm or less, an Au plating having a thickness of 5 μm or less, a Sn plating having a thickness of 5 μm or less, and an Au plating having a thickness of 5 μm or less were sequentially formed in layers from the base material side. Metal parts
Alternatively, the metal member on which the layer plating is applied, the metal member on which a base plating having a thickness of 0.5 μm or less and an Au plating having a thickness of 0.5 μm or less are layered in order from the base material side are subjected to vacuum or inactive. Joining by heating and pressurizing in gas,
And as joining conditions,
The composition in the system of the Au plating and the Sn plating excluding the base plating is such that Sn is more than 20 mass% and less than 40 mass% in the entire plating combination to be laminated,
The Au plating and the Sn plating are characterized by using wet plating including at least one of hydrogen and water in a plating film at a temperature of 0 ° C. and a pressure of 1/2 atmosphere or more in terms of plating volume. The first invention).
[0008]
Further, in the method of joining the members to be joined to each other via a brazing insert material, the surface of the base material of the insert material is subjected to base plating, and Au plating and Sn plating are applied thereon in layers. We propose an Au-Sn brazing insert material in which at least one type of plating layer contains hydrogen or water in an amount of 1/2 or more times the plating volume in terms of 0 ° C. and 1 atm. The second invention).
[0009]
[Action]
According to the first aspect, in the joining step, when the members to be joined are heated while being pressurized, Au and Sn cause a eutectic reaction to melt (melt). In this case, at least Au plating and Sn plating are H ₂ It contains a large amount of gas and moisture, and these gases become bubbles by heating and are released from the Au-Sn melt into the heated atmosphere. At the time of this gas release, the bubbles stir the Au-Sn melt and break and destroy the contaminant layer remaining in the Au-Sn melt, so that the Au-Sn melt is completely integrated.
[0010]
In the joining process, a Ni-Au-Sn compound, which is a reaction product of the Au-Sn melt and the base plating (here, Ni plating), is formed at the interface. This intermetallic compound has a low strength and is a factor in lowering the bonding strength. However, if the heating is further continued in the above-mentioned thickness setting (quantitative setting) of the plating, the thickness of the Ni plating as the base plating is reduced to 0.1. By setting the thickness to 5 μm or less, the Ni plating and the Ni—Au—Sn intermetallic compound are completely dissolved in the Au—Sn melt to eliminate the above-described element of lowering the bonding strength. Contact directly with liquid. Then, when cooled, the joint becomes an Au-Sn alloy containing a small amount of Ni, whereby the members to be joined (metal members) are firmly joined.
[0011]
The eutectic point of the Au-Sn binary system is Au-20 mass% Sn, but in the process of dissolving Ni in the Au-Sn melt, Ni and Sn react to form an intermetallic compound, The Sn content in the Au-Sn melt decreases accordingly. When Sn decreases from the eutectic point, the melting point of the Au-Sn alloy sharply increases.
[0012]
For example, when the Au-Sn melt at the initial stage of joining has a eutectic composition, it is completely in a liquid phase when heated to 633 K. Here, when Sn is consumed by the reaction with Ni, the Au-Sn melt becomes , The melting point rises. When the Sn concentration decreases, the melting point of the Au—Sn melt becomes equal to the heating temperature and solidifies isothermally. Once solidified, the dissolution rate of Ni into the Au-Sn alloy is extremely reduced, and it takes an extremely long time to completely dissolve Ni into the Au-Sn alloy. Therefore, in order to continue melting the Au-Sn alloy until the Ni is completely dissolved, the Sn concentration of the initial Au-Sn melt should be set to more than 20 mass% and 30 mass% or less in consideration of the reaction with Ni. Preferably, it is preferably from 22 mass% to 29 mass%, more preferably from 24 mass% to 28 mass%.
[0013]
When joining members to be joined using the Au-Sn brazing insert material of the second invention, the following is performed.
[0014]
An Au-Sn brazing insert material is inserted between the members to be joined, and the joining surfaces are brought into close contact and heated. The Au plating and Sn plating on the insert material side cause eutectic reaction and melt (in this case, Au plating is also applied to the base material surface on the member to be joined side, and the Au plating and the Au plating and Sn on the insert material side are performed). The plating may be melted together).
[0015]
In the present invention, H ₂ The gas (bubbles) resulting from the gas and moisture agitates the Au-Sn melt, and the joint finally becomes an Au-Sn alloy containing a small amount of Ni or an Au-Sn-Ni having a small Ni content ratio. It becomes an alloy. Therefore, by using this brazing insert material, the members to be joined are firmly joined to each other.
[0016]
【Example】
[Example 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0017]
FIG. 1 shows, in order from the base material side, metal members formed with a 0.3 μm-thick Ni plating, a 3 μm-thick Au plating, a 3 μm-thick Sn plating, and a 0.5 μm-thick Au plating. N ₂ It is a figure showing the lamination joining method of joining by heating and pressurizing in gas.
[0018]
101 is a SUS304 plate (base material) having a thickness of 50 μm, 102 is Ni plating having a thickness of 0.3 μm (base plating for achieving corrosion resistance of the base material), 103 is Au plating having a thickness of 3 μm, and 104 is 3 μm. Sn plating of 105, Au plating of thickness 0.5 μm, 106a Au-Sn alloy liquid generated by eutectic reaction of Au and Sn, 106b Au-Sn alloy solidified from the melt, Reference numeral 107 denotes a Ni-Au-Sn intermetallic compound generated by a reaction between the Au-Sn combined liquid 106a and Ni. In this example, the above four layers of plating are formed on both surfaces of the base material 101.
[0019]
Next, the joining process will be described.
[0020]
First, as joining conditions,
{Circle around (1)} The composition of the system of the Au plating 103, 105 excluding the Ni plating 102 and the Sn plating 104 is set to be more than 20 mass% and less than 40 mass% of Sn in the entire plating combination with respect to the Au plating.
{Circle around (2)} For each of the platings 102 to 105, wet plating is used in which at least one of hydrogen and water is contained in a plating film at a temperature of 0 ° C. and a pressure of 1/2 atmosphere or more in terms of a plating volume.
[0021]
Under the above conditions,
(1) The SUS304 plate (metal member to be joined) 101 on which the above-described four layers of plating 102 to 105 are applied is placed facing each other, and the atmosphere is set to N. ₂ Replace with gas [FIG. 1 (a)].
[0022]
(2) When the metal member to be joined is heated to 360 ° C. while pressurizing, Au and Sn in the plating layer cause a eutectic reaction and dissolve to form an Au—Sn melt 106 a (FIG. 1B). ]. Each plating film is H ₂ It contains a large amount of gas and moisture, and these gases are released by heating. The released gas becomes bubbles 108 and is released from the Au-Sn melt 106a into the atmosphere. At this time, the gas bubbles 108 stir the Au-Sn melt 106a and break and destroy the contaminant layer 109 remaining in the Au-Sn melt 106a, so that the Au-Sn melt layer 106a is completely integrated. Become At the interface between the Au-Sn melt 106a and the Ni plating 102, a Ni-Au-Sn intermetallic compound 107, which is a reaction product of both, is formed. The intermetallic compound 107 is fragile and has a low adhesion strength with the Ni plating 102, thereby lowering the bonding strength. However, if the heating is further continued, the Ni plating 102 and the Ni-Au-Sn intermetallic compound 107 become Au-Sn molten. The Au-Sn melt is completely dissolved in the liquid 106a, and the base material (SUS304 plate) 101 comes into direct contact. Next, when the joining portion is cooled, the Au-Sn melt becomes the Au-Sn alloy 106b containing a small amount of Ni, whereby the SUS304 plates 101 are firmly joined to each other [FIG. 1 (c)].
[0023]
The relationship between the peel strength and the thickness of the Ni-Au-Sn intermetallic compound in joining the SUS304 plates will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the abscissa indicates the thickness d obtained by combining the intermetallic compound and the Ni plating, and the ordinate indicates the peel strength. The peel strength tends to increase as d decreases. It can be seen that the highest strength is obtained when d is 0, that is, when Ni is completely dissolved in the Au-Sn melt.
[0024]
FIG. 3 shows a state diagram of the Au—Sn binary system. The eutectic point of the Au-Sn binary system is Au-20 mass% Sn, which is shown as point A in the figure. In the process of dissolving Ni in the Au-Sn melt, Ni and Sn react to form an intermetallic compound, and the Sn content in the Au-Sn melt decreases accordingly. It is shown in the phase diagram that when Sn decreases from the eutectic point, the melting point of the Au-Sn alloy sharply increases.
[0025]
For example, when the Au-Sn melt in the early stage of joining has a eutectic composition, when heated to 633K, the position in the phase diagram becomes point A, indicating that it is completely in the liquid phase. Here, when Sn is consumed by the reaction with Ni, the Sn concentration in the Au—Sn melt decreases and the melting point increases. When the Sn concentration decreases and reaches the point A ′, the melting point of the Au—Sn melt becomes equal to the heating temperature and solidifies isothermally. Once solidified, the dissolution rate of Ni into the Au-Sn alloy is extremely reduced, and it takes an extremely long time to completely dissolve Ni into the Au-Sn alloy. Therefore, in order to continue melting the Au-Sn alloy until the Ni is completely dissolved, the Sn concentration of the initial Au-Sn melt should be set to more than 20 mass% and 30 mass% or less in consideration of the reaction with Ni. Preferably, it is preferably from 22 mass% to 29 mass%, more preferably from 24 mass% to 28 mass%.
[0026]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(A) As described above, in the bonding process, the Au—Sn alloy can be stirred, and the weight distribution of Au—Sn is determined by the Ni plating of the base and the reaction with the Ni—Au—Sn compound generated during the process. It is determined in consideration of
Thus, a joining method having a high joining strength can be provided.
(B) Since the Au-Sn alloy is supplied not in the form of a foil but in the form of a plating film, the step of manufacturing the Au-Sn foil by conventional machining is eliminated, and the production cost is reduced.
Can be reduced.
(C) The bonding surface before bonding is Au, and since the Au is not oxidized, it is possible to integrate the bonded portion without using a flux, thereby eliminating the conventional flux removing work and improving the work efficiency. , Residual flux
The problem of corrosion can be eliminated, and the corrosion resistance of the joint can be improved.
[0027]
[Example 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0028]
In the present embodiment, a metal member formed with Ni plating of 0.3 μm thickness, Au plating of 3 μm thickness, Sn plating of 2.5 μm thickness, and Au plating of 0.5 μm thickness in order from the base material side, A metal member formed with a 0.3 μm-thick Ni plating and a 0.5 μm-thick Au plating is laminated, and N ₂ It is a figure showing the lamination joining method of joining by heating and pressurizing in gas.
[0029]
401a and 401b are SUS304 plates having a thickness of 50 μm to be base materials (members to be joined), 402a and 402b are Ni plating (base plating) having a thickness of 0.3 μm, 403a is Au plating having a thickness of 2.5 μm, 404a is a Sn plating with a thickness of 3 μm, 405a and 405b are Au platings with a thickness of 0.5 μm, 406a is an Au-Sn alloy solution produced by a eutectic reaction between Au and Sn, and 406b is a solidified Au-Sn The alloy, 407a is a Ni-Au-Sn intermetallic compound formed by the reaction between the Au-Sn combined liquid 406 and the Ni plating 402a, and 407b is formed by the reaction between the Au-Sn combined liquid 406 and the Ni plating 402b. Ni-Au-Sn intermetallic compound.
[0030]
Next, the joining process will be described.
[0031]
In this example, the bonding conditions (1) and (2) are the same as in the first embodiment, that is, the composition of the system of the Au plating 403a, 405a, 405b excluding Ni plating and the Sn plating 404a is changed to the entire plating combination to be laminated. And Sn is more than 20 mass% and less than 40 mass%,
Further, for each of the platings 402a to 405a, 402b, and 405b, wet plating is used, in which the plating film contains at least one of hydrogen and water in an amount of 1/2 or more of the plating volume at 0 ° C. and 1 atm.
[0032]
Under the above joining conditions,
(1) The members to be joined (the SUS304 plates 401a and 401b) plated with each other are placed facing each other, and the atmosphere is set to N. ₂ Replace with gas [FIG. 4 (a)].
(2) These metal members to be joined are heated to 360 ° C. while slightly applying pressure. Au and Sn undergo a eutectic reaction and dissolve. In this case, unlike the embodiment described with reference to FIG. 1, the Au plating 405b on the base material 401b is melted only after reacting with Sn on the base material 401a. Therefore, although there is a slight time difference, the platings 403a, 404a, and 405a on the base material 401a first melt to form an Au-Sn melt, and the Au plating 405b dissolves therein [FIG. b)).
[0033]
Each plating film is H ₂ It contains a large amount of gas and moisture, and these gases are released by heating. The released gas is released as bubbles into the Au-Sn melt 406a into the atmosphere. At this time, the gas bubbles 408 agitate the Au—Sn melt 406a and break and destroy the contaminant layer 409 remaining in the Au—Sn melt 406a, so that the Au—Sn melt 406a is completely integrated. I do.
[0034]
At the interface between the Au-Sn melt 406a and the Ni platings 402a and 402b, Ni-Au-Sn intermetallic compounds 407a and 407b, which are reaction products of both, are formed. This intermetallic compound has low strength and causes a decrease in bonding strength. However, when heating is further continued, Ni plating 402a, 402b, Ni-Au-Sn intermetallic compound 407a and 407b are completely contained in Au-Sn melt 406a. The Au-Sn melt 406a is in direct contact with the SUS304 plates 401a and 401b. Next, when cooled, it becomes an Au-Sn alloy 406b containing a small amount of Ni, whereby the SUS304 plates 401a and 401b are firmly joined [FIG. 4 (c)].
[0035]
When the Au-Sn melt 406a at the initial stage of joining has a eutectic composition, as described above, the Sn concentration in the Au-Sn melt 406a decreases due to the reaction between Sn and Ni, and the melting point increases. The Au-Sn melt 406a solidifies isothermally. Once solidified, the dissolution rate of Ni in the Au-Sn alloy is extremely reduced, and it takes an extremely long time to completely dissolve the Ni platings 402a and 402b in the Au-Sn alloy. Therefore, in order to keep melting the Au-Sn alloy until the Ni platings 402a and 402b are completely melted, the Sn concentration of the initial Au-Sn melt 406a is increased from 20 mass% to 30 mass% in consideration of the reaction with Ni. The content is preferably as follows, preferably from 22 mass% to 29 mass%, and more preferably from 24 mass% to 28 mass%. In the case of the present embodiment, the initial Sn concentration of the Au-Sn melt 406a needs to be calculated in consideration of the amount of the Au plating 405b in the plating films 403a, 404a, and 405a.
[0036]
According to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0037]
[Example 3]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0038]
This embodiment is an example in which members to be joined are joined to each other via an Au-Sn brazing insert material, unlike the above embodiments. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the insert material, and FIG. 3 shows a joining process.
[0039]
Reference numeral 501 denotes a SUS304 plate (insert material) having a uniform thickness without holes, and 502 denotes a brazing plating layer formed on both surfaces of the insert material 501. For example, the brazing layer 502 is a SUS304 plate in order from the insert material side. This is a brazing material layer formed of four layers of Ni plating having a thickness of 0.3 μm, Au plating having a thickness of 3 μm, Sn plating having a thickness of 3 μm, and Au plating having a thickness of 0.5 μm.
[0040]
This embodiment is the most basic embodiment of the Au-Sn brazing insert material. This embodiment is suitable for brazing a minute part. By using the SUS304 plate 501 having a uniform thickness without holes, it is easy to make the thickness of each plating layer formed on the SUS304 plate uniform, and it is possible to perform bonding with high finished dimensional accuracy. It is possible.
[0041]
The joining process of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0042]
Reference numerals 503 and 504 denote small members to be joined made of SUS304. The surfaces to be joined surfaces of the members (base materials) 503 and 504 to be joined are Ni plating (base plating) 505 having a thickness of 0.3 μm and thickness An Au plating 506 having a thickness of 0.5 μm is formed.
[0043]
Regarding the bonding conditions, also in the present embodiment, at least one type of plating film among the above-mentioned plating layers contains hydrogen or water in an amount of 1/2 or more of the plating volume in terms of 0 ° C. and 1 atm.
[0044]
The joining process is as follows.
(1) First, an Au-Sn brazing insert made of a SUS304 plate 501 with a brazing material layer 502 shown in detail in FIG. 5 is inserted between the members to be joined 503 and 504 [FIG. 6 (a)].
(2) Next, the joining surfaces of the members to be joined 503 and 504 and the insert material are brought into close contact with each other, and N ₂ Heat to 360 ° C. in atmosphere. The brazing material layer 502, the Ni plating 505, and the Au plating 506 cause a eutectic reaction to be melted, thereby forming an Au—Sn—Ni synthetic liquid 507a having a small Ni content. In this process, outgas from the brazing filler metal layer 502 causes bubbles 508 to be formed in the Au-Sn-Ni mixed liquid 507a. (FIG. 6B). By cooling the joint, the Au-Sn-Ni alloy liquid solidifies as indicated by reference numeral 507b, and the members to be joined 503 and 504 are firmly joined by the Au-Sn-Ni alloy 507b [Fig. c)]. The dimension of the SUS304 plate 501 needs to be 5 mm or less in width, preferably 3 mm or less, and more preferably 2 mm or less. When the width of the joint is large, it is difficult to discharge the bubbles 508 to the outside of the joint, and as a result, large bubbles remain in the joint and extremely decrease the joining strength. Therefore, it is necessary to apply this embodiment. The thickness can be arbitrarily selected according to the application. A typical example is a thickness of 50 μm.
[0045]
According to this embodiment, in addition to having the same effects as those of the first and second embodiments, by applying most of the plating layer for bonding to the insert material side, it is possible to broaden the application target of the member to be bonded. Can be.
[0046]
[Example 4]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0047]
FIG. 7 is a cross-sectional view of an Au-Sn brazing insert material according to the present embodiment. In the drawing, reference numeral 701 denotes a SUS304 plate (insert) having a uniform thickness with a large number of gas reservoir holes (through holes) 702 formed therein. Material), a brazing material layer 502 is formed on the surface of the insert material 701. The brazing material layer 502 is composed of Ni plating (undercoating) having a thickness of 0.3 μm, Au plating having a thickness of 3 μm, Sn plating having a thickness of 3 μm, which are sequentially laminated from the base material (SUS304 plate) 701 side of the insert material. It consists of four layers of 0.5 μm Au plating.
[0048]
Also in this embodiment, at least one kind of plating film among the above-mentioned plating layers contains hydrogen or water in an amount of 1/2 or more of the plating volume in terms of 0 ° C. and 1 atm.
[0049]
The joining process of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0050]
FIG. 8 shows a method of joining two members using an Au-Sn brazing insert material in the present embodiment. In the drawing, reference numerals 803 and 804 denote members to be joined made of SUS304, and 805 denotes a member having a thickness of 0.1 mm. 3 μm of Ni plating, 806 is 0.5 μm thick Au plating, 807 a is an Au—Sn—Ni alloy solution in the middle of the bonding process, 807 b is a solidified Au—Sn—Ni alloy, and 808 is a bubble.
[0051]
The joining process is as follows.
(1) First, an Au-Sn brazing insert material 701 shown in detail in FIG. 7 is inserted between the members to be joined 803 and 804 [FIG. 8 (a)].
(2) Next, the bonding surfaces are brought into close contact, and N ₂ Heat to 360 ° C. in atmosphere. The brazing material layer 502, the Ni plating 805, and the Au plating 806 cause a eutectic reaction and melt to form an Au—Sn—Ni combined liquid 807a (FIG. 8B). At this time, bubbles 808 are formed in the Au-Sn-Ni combined liquid 807a due to outgas from the brazing material layer 502. Of these bubbles 808, those near the outer periphery of the joint are released as they are from the outer periphery of the joint, while those that are farther from the outer periphery of the joint are placed in the gas reservoir holes 702 provided in the insert material (SUS304 plate) 701. By being captured, it is released out of the Au-Sn-Ni alloy liquid. By this action, the bubbles 808 can be removed from the joint even if the member to be joined is not minute. By cooling the joint, the Au—Sn—Ni alloy liquid solidifies as shown by reference numeral 807b (FIG. 8C), and the members to be joined 803 and 804 are more strongly formed by the Au—Sn—Ni alloy 807b. Joined.
[0052]
An example of the size and arrangement of the holes formed in the SUS304 plate applied to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 901 is an Au-Sn brazing insert material, and 902, 903 and 904 are holes for gas reservoirs.
[0053]
In the example shown in FIG. 9A, the hole 902 is circular, in the embodiment shown in FIG. 9B, the hole 903 is rectangular, and in the embodiment shown in FIG. 9C, the hole 904 is irregular. As shown, the holes can be of any shape. The diameter of these holes is 1/2 or more, preferably 1 or more, more preferably 2 or more, more preferably 3 or more times the thickness of the Au-Sn brazing insert material 901. The pitch of the holes is a value at which one or more holes are located within a circle having a diameter of 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and more preferably 2 mm or less. By arranging the holes in this manner, bubbles generated by the gas generated from the brazing material layer 502 can be effectively captured, and a strong joint can be obtained.
[0054]
[Example 5]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0055]
FIG. 10 is a cross-sectional view of an Au-Sn brazing insert material according to the present embodiment. In the drawing, reference numeral 1001 denotes a SUS304 plate (insert material) having a uniform thickness without holes, and 1102 denotes an insert material on the insert material 1001. In the brazing material layer formed partially, the brazing material layer 1102 is formed from a base material 1001 side in the order of Ni plating of 0.3 μm thickness, Au plating of 3 μm thickness, Sn plating of 3 μm thickness, and 0.5 μm thickness A large number of partially formed brazing material layers 1102 are formed in stripes or grids at intervals 1109.
[0056]
Also in this embodiment, at least one type of plating film contains hydrogen or water in an amount of 1/2 or more times the plating volume in terms of 0 ° C. and 1 atm.
[0057]
Referring to FIG. 11, a process of joining two members using the Au-Sn brazing insert material in the present embodiment will be described.
[0058]
In FIG. 11, reference numerals 1103 and 1104 denote members to be joined made of SUS304, 1105 denotes a partially plated Ni plating of 0.3 μm in thickness, and 1106 denotes Au of 0.5 μm in thickness formed on the Ni plating 1105. Plating, 1107a is an Au-Sn-Ni alloy, 1107b is a solidified Au-Sn-Ni alloy, and 1108 is a bubble.
[0059]
The joining process is as follows.
(1) First, an Au-Sn brazing insert material shown in detail in FIG. 10 is inserted between the members to be joined 1103 and 1104 [FIG. 11 (a)].
(2) Next, the bonding surfaces are brought into close contact, and N ₂ Heat to 360 ° C. in atmosphere. The brazing material layer 1102, the Ni plating 1105, and the Au plating 1106 react and melt to form an Au—Sn—Ni alloy liquid 1107a (FIG. 11B). At this time, bubbles 1108 are formed in the Au-Sn-Ni mixed liquid 1107a due to the outgas from the brazing material layer 1102. These bubbles 1108 are released to the outside of the joint through the surrounding portion (gap) 1109 where the brazing material layer 502 is not formed. By this effect, it is possible to remove the bubbles 1108 from the joint even if the member to be joined is not minute.
[0060]
Next, by cooling the joint, the Au-Sn-Ni alloy liquid solidifies as indicated by reference numeral 1107b, and the members to be joined 1103 and 1104 are firmly joined by the Au-Sn-Ni alloy 1107b.
[0061]
Since the materials to be joined 1103 and 1104 made of SUS304 are not wetted by the Au—Sn—Ni combined liquid 1107a, the Au—Sn—Ni combined liquid 1107a cannot spread outside the partially applied Ni plating 1105. Absent. Therefore, a space 1109 is secured in a portion where the Au-Sn-Ni combined liquid 1107a is not wet. This space can be used as a flow path for guiding the fluid.
[0062]
Further, by using the SUS304 joining materials 1103 and 1104 as a substrate or an electronic device on which an electric circuit is formed, the solidified Au—Sn—Ni alloy 1107b can be used as a structural material for fixing an electrode and an electronic device. It is.
[0063]
[Example 6]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment shows an example of application to an ink jet printer as an example of the joining method of each of the above embodiments.
[0064]
FIG. 12 is a cross section of the ink jet printer of the present embodiment. 1201 is a housing, 1202 is a memory card, 1203 is a control board, 1204 is a paper feed belt, 1205 is a paper, 1206 is a paper receiver, 1207 is a print head, 1208 is an ink loader, 1209 is an ink cassette, 1210 is a paper cassette, 1211 is a head feed motor, 1212 is a paper pickup roller, 1213 is a head carriage, 1214 is a paper feed motor, 1215 is a power supply, 1216 is liquid ink, 1217 is solid ink, 1218 is a heater for melting ink, and 1219 is a print nozzle. is there.
[0065]
Here, the operation of the ink jet printer of this embodiment will be described.
[0066]
First, the paper 1205 is set in the paper cassette 1210. Up to 200 sheets can be set. When a print signal is sent from a computer (not shown), the print signal is temporarily stored in the memory card 1202 and developed into a print image by a microcomputer mounted on a control board. When the print image is completed, the paper 1205 is picked up by the paper pick-up roller 1212 and sent to a predetermined printing position by the paper feed motor 1214 and the paper feed belt 1204. Next, the position of the paper 1205 is controlled by the paper feed belt 1204, and the position of the print head is controlled by the head feed motor 1211 via the head carriage 1213, and ink is ejected from the print nozzle attached to the tip of the print head 1207. And print. When the amount of ink in the print head becomes a certain amount or less, the ink loader automatically supplies the solid ink 1217 stored in the ink cassette 1209. The solid ink 1217 is melted by the heat supplied by the heater 1218 in the print head to become a liquid ink 1216. All the operations described above are controlled by the control board 1203. All the power required for the printing operation is supplied by the power supply 1215.
[0067]
FIG. 13 shows the details of the print nozzle 1219.
[0068]
Among them, 1310 is an aluminum housing holder on which a 0.3 μm-thick Ni plating and a 0.5 μm-thick Au plating have been applied. The aluminum housing holder 1310 has ink flow paths 1311 and 1312, PZT An actuator 1313 is provided.
[0069]
Reference numeral 1320 denotes a SUS304 bonding plate serving as an insert material. The bonding plate 1320 has a thickness of 0.3 μm of Ni plating, a thickness of 2.5 μm of Au plating, a thickness of 3 μm of Sn plating, and a thickness of 3 μm from the base material side. A brazing material layer consisting of four layers of 0.5 μm Au plating is formed.
[0070]
The bonding plate 1320 has a hole 1322 for a PZT actuator.
[0071]
Reference numeral 1330 denotes a dia-frame filter plate made of a Ni alloy. The surface of the dia-frame filter plate 1330 is plated with 0.3 μm thick Ni plating and 0.5 μm thick Au plating.
[0072]
Further, a filter mesh 1331 is formed on the dia-frame filter plate 1330.
[0073]
Reference numeral 1340 denotes a restrictor plate made of SUS304, the surface of which will be made of Ni plating with a thickness of 0.3 μm, Au plating with a thickness of 2.5 μm, Sn plating with a thickness of 3 μm, and Au plating with a thickness of 0.5 μm. A material layer is applied.
[0074]
The restrictor plate 1340 is provided with a restrictor 1341.
[0075]
Reference numeral 1350 denotes an orifice plate made of a Ni alloy, the surface of which is plated with 0.3 μm thick Ni plating and 0.5 μm Au plating. The orifice plate 1350 is provided with an orifice 1351.
[0076]
1360 is an ink passage path, 1370 is ink, 1314, 1323, 1332, 1342, and 1352 are positioning holes at the time of assembly, 1315, 1324, 1333, 1343, and 1353 are through holes for mounting bolts to the print head, 1325 and 1344. Is a hole having a diameter of 0.15 mm.
[0077]
Using an alignment hole and an alignment pin, as shown in FIG. 14, an aluminum housing holder 1310, a bonding plate 1320, a diaframe filter plate 1330, a restrictor plate 1340, and an orifice plate 1350 are positioned and overlapped. ₂ Bonding is performed by heating at 360 ° C. and pressurizing at 120 kgf in an atmosphere for 60 seconds.
[0078]
Holes 1325 and 1344 are formed in the bonding plate 1320 and the restrictor plate 1340 to allow the gas released from the Au-Sn alloy to escape at the time of joining, so that the components can be firmly joined.
[0079]
A fine ink flow path is formed in the joined nozzles. The ink supplied from the print head flows into the ink flow path 1311, passes through the bonding plate 3120 along the ink passage path 1360, and filters foreign substances through the filter mesh 1331 formed on the diaframe filter plate 1330, thereby removing the wrist. It flows into the restrictor 1341 formed on the restrictor plate 1340. Next, the PZT actuator 1313 applies pressure to the ink 1370 stored in the restrictor unit by displacing the diaframe filter plate 1330 through the PZT actuator hole formed in the bonding plate 1320. The ink 1370 vigorously squirts from the orifice 1351 formed in the orifice plate by the reaction and participates in printing.
[0080]
The joint structure of the print nozzle 1219 will be described with reference to FIG. 1410 is a plating layer made of 0.3 μm thick Ni plating and 0.5 μm Au plating, and 1420 is a 0.3 μm thick Ni plating, 2.5 μm thick Au plating, 3 μm Sn plating and 0 mm thick A brazing material layer made of 0.5 μm Au plating, 1421 is a gas reservoir, 1430 is a brazing material made of an Au—Sn—Ni alloy, and 1450 is an epoxy adhesive.
[0081]
The joining process is as follows. First, the members to be joined 1310, 1320, 1330, 1340, and 1350 are overlapped. Next, the bonding surfaces are brought into close contact, and N ₂ Heat to 360 ° C. in atmosphere. The brazing material layer 1420 and the plating layer 1410 react and melt to form an Au—Sn—Ni alloy solution. At this time, bubbles are formed in the Au-Sn-Ni mixed liquid by the outgas from the brazing material layer 1420, and these bubbles are absorbed by the surrounding gas reservoir 1421 and removed from the joint. By cooling the joint, the Au—Sn—Ni liquid mixture solidifies to form a solid brazing material 1430, and the members are firmly joined. Next, PZT 1440 is bonded to the diaframe plate 1330 using an epoxy adhesive 1450.
[0082]
The ink supplied from the print head flows into the ink flow path 1311, passes through the bonding plate 1320 along the ink passage 1360, and is filtered for foreign matter by the filter mesh 1331 formed on the diaframe filter plate 1330, It flows into the restrictor 1341 formed on the restrictor plate. Next, the PZT actuator 1313 applies pressure to the ink 1370 stored in the restrictor by displacing the diaframe filter plate 1330 through a PZT actuator hole formed in the bonding plate 1320. The ink 1370 vigorously squirts from the orifice 1351 formed in the orifice plate by the reaction and participates in printing.
[0083]
In the case of joining the members to be joined, the thickness of the plating is not limited to the above-described embodiment, for example, Ni plating having a thickness of 0.5 μm or less in order from the base material side. Au plating of 5 μm or less, Sn plating of 5 μm or less in thickness, Au plating of 5 μm or less in a layered form,
Alternatively, as an object to be connected to a metal member that has been subjected to layer plating as described above, Ni plating having a thickness of 0.5 μm or less and Au plating having a thickness of 0.5 μm or less are sequentially applied from the base material side in layers. If so, the desired effects of the present invention can be achieved.
[0084]
According to the present embodiment, since the components constituting the ink jet nozzle are connected by the Au-Sn alloy, the deterioration with time is less than that in the case of joining using the organic adhesive, and the reliability is high. Joining can be performed.
[0085]
Further, the Au-Sn alloy has excellent corrosion resistance to acids and alkalis, and can be used even for an ink having a corrosive property at a high temperature. As a result, there is an effect that it is easy to develop an ink having good printing characteristics.
[0086]
In the above embodiment, the material of each component is SUS304, Ni alloy and aluminum. However, any material that can withstand heating at the Au-Sn eutectic temperature of 280 ° C, such as general steel or copper alloy, may be used. Although Ni plating is used as the base plating for Au plating, similar effects can be obtained with Cu plating. The bonding atmosphere is N ₂ In addition, the bonding can be performed in a non-oxidizing atmosphere such as Ar.
[0087]
【The invention's effect】
According to the present invention,
(A) In the bonding process, by including hydrogen or water in the plating film, hydrogen or water is gasified by heating at the time of bonding, and this gas (bubbles) melts when flowing out of the bonding. The Sn alloy can be stirred to stir the Au-Sn alloy, and the weight distribution of Au-Sn is determined in consideration of the Ni plating of the base and the reaction with the Ni-Au-Sn compound generated during the process. Therefore, a bonding method with high bonding strength can be provided in the process. Furthermore, Ni plating is applied as a base plating for the members to be joined in consideration of corrosion resistance. By setting the thickness of the Ni plating to 0.5 μm or less, the Ni plating is bonded to the Au-Sn alloy solution during joining. Since it completely dissolves and does not remain at the joint interface, a strong joint is further promoted.
[0088]
(B) Since the Au-Sn alloy is supplied not in the form of a foil but in the form of a plating film, the step of manufacturing the Au-Sn foil by conventional machining is eliminated, and the production cost is reduced.
Can be reduced.
[0089]
(C) The bonding surface before bonding is Au, and since the Au is not oxidized, it is possible to integrate the bonded portion without using a flux, thereby eliminating the conventional flux removing work and improving the work efficiency. , Residual flux
The problem of corrosion can be eliminated, and the corrosion resistance of the joint can be improved.
[0090]
(D) In the joining method of the present invention, since the heating temperature of the joining material can be lower than that of the high melting point brazing material, deformation of the member due to heat is small. Since the Au-Sn alloy has excellent corrosion resistance, it is not corroded even by highly corrosive ink. In particular, when the components constituting the ink jet nozzle are connected with an Au-Sn alloy, the deterioration with the passage of time is less than that in the case where the bonding is performed using an organic adhesive, and a highly reliable bonding is performed. Can be.
[0091]
Further, the Au-Sn alloy has excellent corrosion resistance to acids and alkalis, and can be used even for an ink having a corrosive property at a high temperature. As a result, there is an effect that it is easy to develop an ink having good printing characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a joining process according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the peel strength and the thickness of a Ni—Au—Sn intermetallic compound.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a state of an Au—Sn binary system.
FIG. 4 is a sectional view showing a bonding process according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of an Au-Sn brazing insert material according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a process of joining two members using the Au-Sn brazing insert material.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an Au-Sn brazing insert material according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process of joining two members using the Au-Sn brazing insert material of the fourth embodiment.
FIG. 9 is a plan view showing an example of dimensions and arrangement of holes drilled in an insert material used in a fourth embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an Au-Sn brazing insert material according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing a process of joining two members by using the Au-Sn brazing insert material of the fifth embodiment.
FIG. 12 is a sectional view of an inkjet printer (sixth embodiment) to which the present invention is applied.
FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating a detailed structure of a print nozzle used in the inkjet printer.
FIG. 14 is an explanatory view showing a joining process of the print nozzle.
[Explanation of symbols]
101: SUS304 plate (base material), 102: Ni plating, 103: Au plating, 104: Sn plating, 105: Au plating, 106a: Au-Sn combined financial solution, 106b: Au-Sn alloy, 107: Ni-Au -Sn intermetallic compound, 401a, 401b ... SUS304 plate, 402a, 402b ... Ni plating, 403a ... Au plating, 404a ... Sn plating, 405a, 405b ... Au plating, 406a ... Au-Sn combined financial solution, 406b ... Au- Sn alloy, 407a: Ni-Au-Sn intermetallic compound, 407b: Ni-Au-Sn intermetallic compound, 501: SUS304 plate, 502: brazing material layer (Ni plating, Au plating, Sn plating, Au plating), 503 And 504: Member to be joined, 505: Ni plating, 506: Au plating, 507a: Au-S 507b: Au-Sn-Ni alloy, 508: air bubbles, 701: SUS304 plate with holes, 702: gas reservoir holes, 502: brazing material layer (Ni plating, Au plating, Sn plating, Au plating) ), 803, 804: Member to be joined, 805: Ni plating, 806: Au plating, 807a: Au-Sn-Ni alloy solution, 807b: Solidified Au-Sn-Ni alloy, 808: Bubbles, 901: Au- Sn brazing insert material, 902, 903 and 904 holes, 1001 SUS304 plate, 502 brazing material layer (Ni plating, Au plating, Sn plating, Au plating), 1103, 1104 SUS304 (member to be joined), 1105: Ni plating, 1106: Au plating, 1107a: Au-Sn-Ni alloy liquid, 1107b: Au-Sn-Ni Gold, 808: air bubbles, 1207: print head, 1410: Ni plating / Au plating layer, 1420: brazing material layer (Ni plating / Au plating / Sn plating / Au plating layer), 1421: gas reservoir, 1430 ... A brazing material made of an Au-Sn-Ni alloy, 1450 ... epoxy adhesive.

Claims

From the base material side, metal members having a thickness of 0.5 μm or less in thickness, an Au plating of 5 μm or less, a Sn plating of 5 μm or less, and a Au plating of 5 μm or less in a layered form,
Alternatively, the metal member on which the layer plating is applied, the metal member on which a base plating having a thickness of 0.5 μm or less and an Au plating having a thickness of 0.5 μm or less are layered in order from the base material side are subjected to vacuum or inactive. Joining by heating and pressurizing in gas,
And as joining conditions,
The composition in the system of the Au plating and the Sn plating excluding the base plating is such that Sn is more than 20 mass% and less than 40 mass% in the entire plating combination to be laminated,
The metal plating, wherein the Au plating and the Sn plating use wet plating including at least one of hydrogen and water in a plating film at 0 ° C. and at least one-half the plating volume in terms of one atmosphere. Joining method.

In the brazing insert material to be inserted between the members to be joined, the surface of the base material of the insert material is subjected to base plating, and Au plating and Sn plating are applied thereon in layers, and at least one of these plating layers An Au-Sn brazing insert material wherein one kind of plating film contains hydrogen or water in an amount of 1/2 or more times the plating volume in terms of 0 ° C and 1 atmosphere.

The Au-Sn brazing insert material according to claim 2, wherein the base material has a plurality of through holes.

An ink jet printer comprising a print head formed by laminating and joining metal members having ink channels formed thereon using the method for joining metal members according to claim 1 .

An ink jet printer comprising: a print head formed by laminating and joining metal members having ink channels formed thereon using the Au-Sn brazing insert material according to claim 2.

An ink jet printer comprising a print head formed by laminating and joining metal members having ink channels formed thereon using the Au-Sn brazing insert material according to claim 3.