JP5549958B2 - アルミニウム部材と銅部材との接合構造 - Google Patents

Description

この発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、銅又は銅合金からなる銅部材との接合構造に関するものである。

前述のアルミニウム部材及び銅部材は、ともに電気伝導性、熱伝導性に優れていることから、電子電気部品や放熱部品等に幅広く使用されている。
ここで、銅部材は、電気伝導性、熱伝導性に特に優れ、機械的強度が高く、変形抵抗が大きいといった特性を有している。一方、アルミニウム部材は、銅に比べて電気伝導性、熱伝導性には若干劣るものの、軽量であるとともに変形抵抗が小さいといった特性を有している。
このため、上述の電子電気部品や放熱部品等においては、要求される性能に応じて、銅部材及びアルミニウム部材が選択して使用されている。最近では、上述の電子電気部品や放熱部品等を小型化及び軽量化する観点から、銅部材とアルミニウム部材とを接合した接合体が求められている。

ところで、アルミニウムと銅は、図１の状態図に示すように、種々の形態の金属間化合物を生成することが知られており、アルミニウム部材と銅部材とを、直接溶接した場合には、接合界面にこれらの金属間化合物が多量に且つランダムに生成することになる。これらの金属間化合物は、銅部材及びアルミニウム部材に比べて非常に脆いことから、銅部材及びアルミニウム部材の接合界面が局所的に脆くなり、銅部材とアルミニウム部材との接合信頼性を十分に確保することができなかった。

そこで、アルミニウム部材と銅部材とを接合する方法としては、摩擦圧接法、拡散接合法等が提案されている。また、例えば特許文献１−３には、金属間化合物の発生を抑制して、アルミニウム部材と銅部材とを接合する方法が提案されている。
拡散接合法は、銅部材とアルミニウム部材とを合わせ抽伸又は重ね圧延して予め銅部材とアルミニウム部材とを接合した後に、溶融温度以下の温度で熱処理を実施するものである。
また、摩擦圧接法は、銅部材とアルミニウム部材とを押圧しながら摩擦させ、摩擦熱と押圧力とによって接合するものである。

特許文献１には、管状の銅部材の内側に棒状のアルミニウム部材を挿入し、その後抽伸加工を施すことによって、銅部材とアルミニウム部材とを金属結合させたクラッド材とすることが記載されている。
また、特許文献２には、銅部材に、純アルミニウム等からなるインサート材を冷間圧延によって接合し、インサート材側にアルミニウム部材を熱間又は冷間圧延によって接合すること、及び、銅部材にインサート材を接合した後に熱処理を実施することが開示されている。
さらに、特許文献３には、銅部材の接合面にＡｇからなる金属層を形成し、金属層とアルミニウム部材とをろう付けする方法が提案されている。

特開平０４−３１５５２４号公報 特開２００１−２５２７７２号公報 特開２００４−００１０６９号公報

ところで、従来の拡散接合法や摩擦圧接法、特許文献１，２に示す接合方法においては、銅部材とアルミニウム部材との接合界面に大きなせん断力を作用させて銅部材とアルミニウム部材を接合するために、比較的大型の加工設備が必要であった。このため、アルミニウム部材と銅部材とを簡単に且つ確実に接合することはできなかった。
また、銅部材とアルミニウム部材との接合界面に大きなせん断力を作用させていることから、接合界面近傍が不安定な性状となりやすく、接合界面近傍の特性を安定させることはできなかった。さらに、アルミニウム部材の表面には酸化膜が形成されているが、大きなせん断力によって酸化膜が接合界面近傍にランダムに分散してしまうことになり、接合界面近傍の特性が不安定となるおそれがあった。

また、特許文献３に記載された方法では、銅部材とアルミニウム部材との間にＡｇ層を介在させていることから、接合界面近傍において銅部材とアルミニウム部材と異なる特性の領域が存在することになる。また、銅部材とＡｇ層とを冷間圧延によって接合していることから、やはり、比較的大型の加工設備が必要であり、簡単に接合することはできなかった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と銅又は銅合金からなる銅部材とが、比較的簡単にかつ確実に接合されており、十分な接合信頼性を有し、電子電気部品や放熱部品等に適用することが可能なアルミニウム部材と銅部材との接合構造を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のアルミニウム部材と銅部材との接合構造は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と銅又は銅合金からなる銅部材とが固相拡散接合によって接合され、前記銅部材と前記金属間化合物層との界面には、酸化物が、前記界面に沿って層状に分散しており、前記銅部材の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、前記アルミニウム部材の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされていることを特徴としている。

この構成のアルミニウム部材と銅部材との接合構造においては、アルミニウム部材と銅又は銅合金からなる銅部材とが固相拡散接合によって接合されており、前記アルミニウム部材と前記銅部材との接合界面にＣｕとＡｌからなる金属間化合物層が形成されていることから、銅部材中のＣｕとアルミニウム部材中のＡｌとが十分に相互拡散しており、アルミニウム部材と銅部材とが強固に接合されている。
また、前記銅部材と前記金属間化合物層との界面において、酸化物が前記界面に沿って層状に分散していることから、アルミニウム部材の表面に形成された酸化膜が破壊されて固相拡散接合が十分に進行している。

また、前記銅部材の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、前記アルミニウム部材の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされており、前記銅部材及び前記アルミニウム部材の平均結晶粒径が比較的大きくなっている。すなわち、固相拡散接合を行う際に圧延等の強加工を行っていないことから、前記銅部材及び前記アルミニウム部材に過剰な歪み等が蓄積されていないのである。よって、前記銅部材及び前記アルミニウム部材における疲労特性を向上させることが可能となる。

また、前記金属間化合物層は、複数の金属間化合物が前記接合界面に沿って積層した構造とされていることが好ましい。
この場合、脆い金属間化合物層が大きく成長してしまうことを抑制できる。また、銅部材中のＣｕとアルミニウム部材中のＡｌとが相互拡散することにより、銅部材側からアルミニウム部材側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されることから、接合界面近傍の特性を安定させることができる。

さらに、前記金属間化合物層は、少なくとも、η２相、ζ２相、θ相が、前記接合界面に沿って積層した構造とされていることが好ましい。
また、前記金属間化合物層は、アルミニウム部材側から銅部材側に向けて順に、前記接合界面に沿って、θ相、η２相が積層し、さらにζ２相、δ相、及びγ２相のうち少なくとも一つの相が積層した構造とされていても良い。
この場合、銅部材中のＣｕとアルミニウム部材中のＡｌとが相互拡散することにより、銅部材側からアルミニウム部材側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されているので、金属間化合物層内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられ、接合強度を十分に確保することができる。

本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と銅又は銅合金からなる銅部材とが、比較的簡単にかつ確実に接合されており、十分な接合信頼性を有し、電子電気部品や放熱部品等に適用することが可能なアルミニウム部材と銅部材との接合構造及びこのアルミニウム部材と銅部材との接合構造の製造方法を提供することができる。

ＣｕとＡｌの２元状態図である。 本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造を有する積層板の概略説明図である。 本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造の接合界面の電子顕微鏡観察写真、及びＣｕ元素及びＡｌ元素のマッピング図である。 図３に示す位置でのＣｕのライン分析結果を示すグラフである。 図３に示す位置でのＡｌのライン分析結果を示すグラフである。 アルミニウム部材と銅部材との接合構造の接合界面の電子顕微鏡観察写真である。 図６における銅板と金属間化合物層の界面の拡大写真である。 本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造における接合界面近傍のＡｓＢ像である。 本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造を有する積層板の製造方法を示す説明図である。 本発明の他の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造を有する積層板の概略説明図である。 本発明の他の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造における接合界面の概略説明図である。 図１１における銅板と金属間化合物層の界面の拡大説明図である。 本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造を有する積層板の製造方法において使用される加圧装置の概略説明図である。

以下に、本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造について、添付した図面を参照して説明する。図２に、本発明の実施形態であるアルミニウム部材と銅部材との接合構造を有する積層板１０を示す。

この積層板１０は、銅又は銅合金からなる銅板１２の一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板１１を積層して接合した構成とされている。本実施形態では、アルミニウム板１１が、純度９９．９９％以上の純アルミニウム（４Ｎアルミニウム）の圧延板とされ、銅板１２が、無酸素銅の圧延板とされている。
この積層板１０は、例えば電子電気部品や放熱部品等に幅広く使用されるものであり、本実施形態においては、アルミニウム板１１の他方の面にフィン加工が施され、伝熱部品の一種であるヒートシンクとして使用されるものである。アルミニウム板１１の他方の面とは、アルミニウム板１１が銅板１２と接合される面（アルミニウム板１１の一方の面）の反対の面である。

ここで、アルミニウム板１１と銅板１２との間には、図３の電子顕微鏡観察写真に示すように、接合部２０が形成されている。この接合部２０は、ＣｕとＡｌからなる金属間化合物層２１で構成されており、本実施形態では、複数の金属間化合物がアルミニウム板１１と銅板１２の接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、この金属間化合物層２１の厚さｔは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。

接合部２０（金属間化合物層２１）は、図３の電子顕微鏡観察写真、Ｃｕ元素及びＡｌ元素のマッピング図に示すように、３種の金属間化合物２２、２３、２４が積層されて構成されている。
これら３種の金属間化合物２２、２３、２４は、アルミニウム板１１側から銅板１２側に向けて順に、θ相２２、η２相２３、ζ２相２４とされている。
図４に示すＣｕのライン分析結果及び図５に示すＡｌのライン分析結果では、Ｃｕ及びＡｌの分析値がステップ上に変化していることが確認されており、複数の金属間化合物が積層していることが確認される。なお、η２相２３、ζ２相２４は、ＣｕとＡｌの構成比率が近似していることから、図４及び図５のライン分析結果では明確に区別できない。

ここで、図６及び図７の電子顕微鏡観察写真及び拡大写真に示すように、接合部２０において、銅板１２と金属間化合物層２１との界面には、酸化物２７が、当該界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態では、この酸化物２７は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、この酸化物２７は、銅板１２と金属間化合物層２１との界面に分断された状態で分散しており、銅板１２と金属間化合物層２１とが直接接触している領域も存在している。

さらに、本実施形態においては、接合部２０の近傍において、アルミニウム部材１１の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされ、銅板１２の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされている。
図８に、接合部２０近傍のＡｓＢ像（極低角度散乱反射電子像）を示す。なお、図８（ａ）においては、アルミニウム部材１１を観察するために条件を設定していることから、銅板１２が白くなっている。また、図８（ｂ）、（ｃ）においては、銅板１２を観察するために条件を設定していることから、アルミニウム部材１１が黒くなっている。また、図８（ａ）、（ｂ）においては、イオンエッチングを実施した部分の結晶組織を観察している。
これらのＡｓＢ像（極低角度散乱反射電子像）から、アルミニウム部材１１の平均結晶粒径及び銅板１２の平均結晶粒径を測定することができる。
なお、ＡｓＢ像は走査型電子顕微鏡（カール ツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５）を用いて、加速電圧：１７ｋＶ、ＷＤ：２．４ｍｍで撮影した。

以下に、この積層板１０の製造方法について、図９を用いて説明する。
まず、銅板１２の一方の面にアルミニウム板１１を積層する。このとき、アルミニウム板１１及び銅板１２の接合面においては、傷等の凹凸が生じていると積層した際に隙間が生じてしまうため、あらかじめ研磨等によって平滑な面とされていることが好ましい。

次に、図１３に示す加圧装置３０を用いて、アルミニウム板１１と銅板１２とを積層方向に押圧する。このときの荷重は、３ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下とされている。
この加圧装置３０は、ベース板３１と、このベース板３１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト３２と、これらガイドポスト３２の上端部に配置された固定板３３と、これらベース板３１と固定板３３との間で上下移動自在にガイドポスト３２に支持された押圧板３４と、固定板３３と押圧板３４との間に設けられて押圧板３４を下方に付勢するばね等の付勢手段３５と、固定板３３を上下させる調整ネジ３６と、を備えている。

固定板３３及び押圧板３４は、ベース板３１に対して平行に配置されており、ベース板３１と押圧板３４との間に、アルミニウム板１１及び銅板１２が配置される。ここで、アルミニウム板１１及び銅板１２とベース板３１及び押圧板３４との間には、それぞれカーボンシート３７が介装される。
そして、調整ネジ３６の位置を調節することによって固定板３３を上下させて、付勢手段３５により押圧板を３４ベース板３１側に押し込むことにより、アルミニウム板１１及び銅板１２が積層方向に押圧される。

そして、押圧した状態のまま、真空加熱炉４０に装入する。このとき、加熱温度を４００℃以上５４８℃未満、保持時間を５分以上２４０分以下の範囲内に設定する。なお、加熱温度は、５４３℃（ＣｕとＡｌの共晶温度−５℃）以上５４８℃未満（ＣｕとＡｌの共晶温度）の範囲内とすることがさらに好ましい。

上述のように積層方向に押圧した状態で加熱を行うことにより、アルミニウム板１１中のＡｌが銅板１２側へと拡散し、銅板１２中のＣｕがアルミニウム板１１側へと拡散することになる。なお、加熱温度が４００℃以上５４８℃未満とＣｕとＡｌの共晶温度よりも低い温度とされていることから、液相は生成せず、固相状態で拡散が進行することになる。また、本実施形態では、アルミニウム板１１と銅板１２とを積層方向に押圧しているのみであり、アルミニウム板１１と銅板１２の接合界面には、せん断力を作用させていない。
このようにして、複数の金属間化合物が前記接合界面に沿って積層した構造とされた接合部２０を有する積層板１０が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態である積層板１０においては、アルミニウム板１１と銅板１２との間に、ＣｕとＡｌからなる金属間化合物層２１が形成されているので、アルミニウム板１１中のＡｌが銅板１２側へ、銅板１２材中のＣｕがアルミニウム板１１側へと十分に相互拡散し、アルミニウム板１１と銅板１２とが確実に固相拡散接合されており、接合強度を確保することができる。

また、銅板１２と金属間化合物層２１の界面に、酸化物２７が当該界面に沿って層状に分散しているので、アルミニウム板１１の表面に形成された酸化膜及び銅板１２の表面に形成された酸化膜が確実に破壊され、ＣｕとＡｌの相互拡散が十分に進行していることになり、アルミニウム板１１と銅板１２とが確実に接合されている。

また、本実施形態では、金属間化合物層２１は、複数の金属間化合物が前記接合界面に沿って積層した構造とされているので、脆い金属間化合物層２１が大きく成長してしまうことを抑制できる。また、銅板１２中のＣｕとアルミニウム板１１中のＡｌとが相互拡散することにより、銅板１２側からアルミニウム板１１側に向けてそれぞれの組成に適した金属間化合物が層状に形成されていることから、接合部２０の特性を安定させることができる。
具体的には、金属間化合物層２１は、アルミニウム板１１側から銅板１２側に向けて順に、θ相２２、η２相２３、ζ２相２４の３種の金属間化合物が積層しているので、金属間化合物層２１内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられる。
すなわち、固相拡散しなかった場合、例えば、液相が形成された場合には、金属間化合物が必要以上に発生し、金属間化合物層はその体積の変動が大きくなり、金属間化合物層に内部歪みが生じる。しかし、固相拡散した場合には、脆い金属間化合物層が大きく成長せずに、金属間化合物が層状に形成されるため、その内部歪みが抑えられる。

さらに、本実施形態においては、アルミニウム部材１１の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされ、銅板１２の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされており、アルミニウム部材１１及び銅板１２の平均結晶粒径が比較的大きく設定されている。
よって、アルミニウム部材１１及び銅板１２に過剰な歪み等が蓄積されておらず、この積層板１０の疲労特性が向上することになる。

また、本実施形態においては、金属間化合物層２１の平均厚みが１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内とされているので、ＣｕとＡｌの相互拡散が十分に進行しており、アルミニウム板１１と銅板１２とを強固に接合できるとともに、アルミニウム板１１及び銅板１２に比べて脆い金属間化合物層２１が必要以上に成長することが抑えられており、接合部２０の特性が安定することになる。

また、本実施形態においては、真空加熱炉４０で加熱して固相拡散接合する際に、アルミニウム板１１と銅板１２を積層方向に押圧しており、押圧時の荷重を３ｋｇｆ／ｃｍ^２以上としているので、アルミニウム板１１の表面の酸化膜及び銅板１２の表面の酸化膜を確実に破断させて、ＣｕとＡｌの相互拡散を十分に進行させることができる。また、押圧時の荷重を３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下としているので、アルミニウム板１１及び銅板１２の変形等を抑制することができるとともに、大型の加圧装置等を用いる必要がなく、比較的容易にアルミニウム板１１と銅板１２とを接合することができる。

また、本実施形態においては、真空加熱炉４０で加熱する際の温度を４００℃以上としているので、Ａｌ及びＣｕの拡散速度を確保でき、ＡｌとＣｕの相互拡散を十分に進行させることができる。また、真空加熱炉４０で加熱する際の温度を５４８℃未満としているので、接合界面に液相が発生することを抑制でき、金属間化合物が必要以上に発生すること防止でき、複数の金属間化合物が前記接合界面に沿って積層した構造の接合部２０を形成することができる。なお、真空加熱炉４０で加熱する際の温度を５４３℃（ＣｕとＡｌの共晶温度―５℃）以上とすることにより、十分な拡散速度を確保でき、接合時間を大幅に短縮することができる。
さらに、真空加熱炉４０で加熱する際の保持時間を５分以上としているので、ＡｌとＣｕの相互拡散を十分に進行させることができる。また、真空加熱炉４０で加熱する際の保持時間を２４０分以下としているので、アルミニウム板１１及び銅板１２が熱劣化することを抑制できるとともに、この積層板１０の製造コストを抑えることが可能となる。

また、本実施形態においては、アルミニウム板１１及び銅板１２の接合面を、あらかじめ研磨等によって傷等を除去して平滑な面としているので、アルミニウム板１１と銅板１２とを積層した際に隙間が生じてしまうことを抑制でき、アルミニウム板１１と銅板１２とを密着させて、接合面全体でＡｌとＣｕとを相互拡散させることが可能となり、アルミニウム板１１と銅板１２とを確実に接合することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、伝熱部品の一種であるヒートシンクとして使用される積層板を例にあげて説明したが、これに限定されることはなく、電子電気部品等の他の用途に使用されるものであってもよい。

また、アルミニウム板と銅板とを接合した積層板を例にあげて説明したが、これに限定されることはなく、その他の形状のアルミニウム部材と銅部材とを接合したものであってもよい。
例えば、アルミニウム管と銅管とを接合したものであってもよい。この場合には、内側の管体の内周側と外側の管体の外周側から押圧した状態（アルミニウム部材と銅部材との積層方向に押圧した状態）で加熱することが好ましい。

また、例えば図１０に示すように、銅板１３０として、半導体素子などが接合されるダイパッド１３２と、外部端子として用いられるリード部１３３と、を備えたものを用いてもよい。図１０に示す積層板１１０では、アルミニウム板１１１の一方の面に、銅板１３０のダイパッド１３２が接合されている。
ここで、ダイパッド１３２の厚さは、０．１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲とされている。また、アルミニウム板１１１の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲とされている。

また、本実施形態において、アルミニウム板１１と銅板１２との接合部２０は、アルミニウム板１１側から銅板１２側に向けて順に、θ相２２、η２相２３、ζ２相２４が積層して構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、図１１に示すように、アルミニウム板２１１と銅板２１２との接合部２２０は、アルミニウム板２１１側から銅板２１２側に向けて順に、アルミニウム板２１１と銅板２１２との接合界面に沿って、θ相２２２、η２相２２３が積層し、さらにζ２相２２４、δ相２２５、及びγ２相２２６のうち少なくとも一つの相が積層して構成されていても良い。

また、本実施形態では、接合部２０において、銅板１２と金属間化合物層２１との界面には、酸化物２７が、当該界面に沿って層状に分散している場合について説明したが、例えば図１２に示すように、銅板３１２と金属間化合物層３２１との界面に沿って、酸化物３２７がζ２相３２４、δ相３２５、又はγ２相３２６の内部に層状に分散している構成とされても良い。なお、この酸化物３２７は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のアルミニウム酸化物とされている。

さらに、本実施形態では、純度９９．９９％の純アルミニウムからなるアルミニウム板とし、無酸素銅からなる銅板と、を接合するもので説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と銅又は銅合金からなる銅部材を接合するものであればよい。

また、本実施形態においては、図１３に示す加圧装置を用いてアルミニウム板と銅板とを積層方向に押圧するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の手段によってアルミニウム板と銅板とを押圧してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

（試験片の作製）
本発明例として、純度９９．９９％以上のアルミニウム板（１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ）の一方の面に、無酸素銅からなる銅板（２ｍｍ×２ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を、上述の実施形態に記載した方法によって固相拡散接合した。このとき、アルミニウム板と銅板とを積層方向に１２ｋｇｆ／ｃｍ^２の荷重で押圧し、真空加熱炉で５４０℃の条件で加熱を実施した。真空加熱炉での加熱時間は表１記載の保持時間とした。
また、従来例として、Ａｌ板とＣｕ板を熱間でロール圧延して作製したクラッド材を準備した。

（試験片の断面観察）
得られた積層板の断面をクロスセクションポリッシャ（日本電子株式会社製ＳＭ−０９０１０）を用いて、イオン加速電圧：５ｋＶ、加工時間：１４時間、遮蔽板からの突出量：１００μｍでイオンエッチングした後に観察し、接合界面近傍における銅板及びアルミニウム板の平均結晶粒径を測定した。なお、この平均結晶粒径の測定は、ＪＩＳ Ｈ ０５０１記載の切断法に準拠して実施した。

（酸化物の測定方法）
クロスセクションポリッシャ（日本電子株式会社製ＳＭ−０９０１０）を用いて、イオン加速電圧：５ｋＶ、加工時間：１４時間、遮蔽板からの突出量：１００μｍでイオンエッチングした断面を走査型電子顕微鏡（カール ツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５）を用いて、加速電圧：１ｋＶ、ＷＤ：２．５ｍｍでＩｎ−Ｌｅｎｓ像を撮影すると、Ｃｕと金属間化合物層の界面に沿って層状に分散した白いコンラストが得られた。また同条件にてＥＳＢ像を撮影すると、前記箇所はＡｌより暗いコントラストになっていた。さらにＥＤＳ分析から前記箇所に酸素が濃集していた。以上のことからＣｕと金属間化合物層との界面には、酸化物が、前記界面に沿って層状に分散していることを確認した。
上記の方法により酸化物が確認できたものを表１では「あり」とし、確認できなかったものを「なし」と記載した。

（シェアテスト）
この試験片を用いて、シェアテストを実施した。なお、このシェアテストは、国際電気標準会議の規格ＩＥＣ ６０７４９−１９に準拠して実施した。

（冷熱サイクル試験）
また、本発明例及び従来例の試験片を用いて冷熱サイクル試験を実施した。本発明例の試験片としては、上述した試験片の作製方法と同様の方法で作製し、サイズを４０ｍｍ×４０ｍｍとした試験片を使用し、従来例としては４０ｍｍ×４０ｍｍのサイズのクラッド材を使用した。冷熱サイクル負荷後の接合率は、冷熱サイクル（−４５℃←→２００℃）を４０００回繰り返した後の試験片を用いて、以下の式で算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例では試験片の面積とした。
接合率 ＝ （初期接合面積−剥離面積）／初期接合面積
評価結果を表１に示す。

本発明例においては、観察したすべての試験片において、接合界面に複数の金属間化合物が積層した金属間化合物層が観察され、銅部材と金属間化合物層との界面に、酸化物が当該界面に沿って分散しているのが認められた。
一方、従来例においては、酸化物が銅部材と金属間化合物の界面に沿って分散していなかった。さらに、銅板及びアルミニウム板は、圧延による加工組織となっており、平均結晶粒径が非常に細かくなっていた。

また、測定した本発明例のすべての試験片において、アルミニウム板の部分で破断が生じており、アルミニウム板（母材）よりも、接合部のせん断強度が高いことが確認された。

１１、１１１、２１１ アルミニウム板（アルミニウム部材）
１２、１３０、２１２、３１２ 銅板（銅部材）
２０、２２０ 接合部（アルミニウム部材と銅部材との接合構造）
２１、３２１ 金属間化合物層
２２、２２２ θ相
２３、２２３ η２相
２４、２２４、３２４ ζ２相
２７、３２７ 酸化物
３２５ δ相
３２６ γ２相

Claims (4)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と銅又は銅合金からなる銅部材とが固相拡散接合によって接合され、
   前記アルミニウム部材と前記銅部材との接合界面には、ＣｕとＡｌからなる金属間化合物層が形成されており、
   前記銅部材と前記金属間化合物層との界面には、酸化物が、前記界面に沿って層状に分散しており、
   前記銅部材の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされ、前記アルミニウム部材の平均結晶粒径が５００μｍ以上とされていることを特徴とするアルミニウム部材と銅部材との接合構造。
2. 前記金属間化合物層は、複数の金属間化合物が前記接合界面に沿って積層した構造とされていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム部材と銅部材との接合構造。
3. 前記金属間化合物層は、少なくとも、η２相、ζ２相、θ相が、前記接合界面に沿って積層した構造とされていることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム部材と銅部材との接合構造。
4. 前記金属間化合物層は、アルミニウム部材側から銅部材側に向けて順に、前記接合界面に沿って、θ相、η２相が積層し、さらにζ２相、δ相、及びγ２相のうち少なくとも一つの相が積層した構造とされていることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム部材と銅部材との接合構造。