JP6118483B2 - Metal bonding parts and metal bonding materials - Google Patents
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Description
本発明は金属接合部品に係り、特に、ガラスを用いて一対の金属部材を絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合する技術に関するものである。 The present invention relates to a metal joint component, and more particularly to a technique for joining a pair of metal members in an insulating state while ensuring airtightness and water resistance using glass.
車載用の電子デバイス部品の中には、絶縁状態でガスリークなく接合する必要がある場合がある。従来、このような接合箇所はガラスで接合されているが、汎用的に用いられるガラスの熱膨張係数(5〜9×10-6/K程度)に近似させるために、コバール金属等の高価な金属が使用される場合があった。近年、低コスト化や高性能化、軽量化などのため、このような金属にアルミニウムや銅の適用が考えられている。アルミニウムや銅の熱膨張係数はそれぞれ23〜25×10-6/K程度、16〜18×10-6/K程度と大きく、応力を低減するためには同程度或いはやや低い熱膨張係数を持つ接合材を選択することが望ましい(非特許文献1参照)。また、アルミニウムは低融点(約660℃)で、銅は600℃以上で酸化劣化し易いことから、何れも550℃程度以下で焼成接合する必要がある。また、車載用の電子部品等に用いられる金属部材の接合には絶縁性が要求されるだけでなく、70〜90℃程度の高温環境下での耐水性が要求される場合がある。 Some in-vehicle electronic device components need to be joined in an insulated state without gas leakage. Conventionally, although such a joining location is joined with glass, in order to approximate the thermal expansion coefficient (about 5 to 9 × 10 −6 / K) of glass used for general purposes, it is expensive such as Kovar metal. Metals were sometimes used. In recent years, aluminum and copper are considered to be applied to such metals in order to reduce costs, improve performance, reduce weight, and the like. Aluminum and copper have large thermal expansion coefficients of about 23 to 25 × 10 −6 / K and about 16 to 18 × 10 −6 / K, respectively, and have similar or slightly lower thermal expansion coefficients to reduce stress. It is desirable to select a bonding material (see Non-Patent Document 1). Further, aluminum has a low melting point (about 660 ° C.), and copper is easily oxidized and deteriorated at 600 ° C. or higher. Moreover, not only insulation but also water resistance in a high temperature environment of about 70 to 90 ° C. may be required for joining metal members used for in-vehicle electronic components and the like.
従来、車載用の金属部材を接合するガラスについては報告が少ないが、低温接合、絶縁性、耐水性という観点から、鉛系ガラス、ビスマスホウ酸ガラス(特許文献1参照)、リン酸亜鉛系ガラスなどが考えられる。 Conventionally, there are few reports on glass for joining metal parts for vehicles, but lead glass, bismuth borate glass (see Patent Document 1), zinc phosphate glass, etc. from the viewpoint of low-temperature bonding, insulation and water resistance. Can be considered.
しかしながら、鉛系はRoHS指令にもあるように環境汚染の影響が高く、現在は使用することが難しい。ビスマスホウ酸ガラスは耐水性が高いものの、概して熱膨張係数が10×10-6/K前後でアルミニウムや銅よりも低く、熱膨張差の影響で密着性や接合強度等が問題になる。また、リン酸亜鉛系のガラスは、車載用としては耐水性が十分でない場合がある(特許文献2参照)。ガラスの軟化温度を下げ、熱膨張係数を上げるにはアルカリ成分添加などがあるが、多くの場合、これにより耐水性が悪くなる(非特許文献2参照)。ガラスの熱膨張係数を上げる別の方法としてリューサイト結晶〔 leucite(白榴石):KAlSi2 O6 〕を添加することが考えられるが、軟化点も高くなり、アルミニウムや銅の接合に必要な550℃以下での接合は難しい。樹脂による接合も考えられるが、封止だけの機能であれば可能である場合があるが、高電圧がかかると導通して絶縁破壊してしまう問題がある。 However, lead-based materials are highly affected by environmental pollution, as in the RoHS directive, and are currently difficult to use. Although bismuth borate glass has high water resistance, it generally has a thermal expansion coefficient of around 10 × 10 −6 / K, which is lower than that of aluminum or copper. In addition, zinc phosphate-based glass may not have sufficient water resistance for in-vehicle use (see Patent Document 2). In order to lower the softening temperature of the glass and increase the thermal expansion coefficient, there is an addition of an alkali component, but in many cases, this results in poor water resistance (see Non-Patent Document 2). It is conceivable to add leucite crystal [leucite: KAlSi 2 O 6 ] as another method for increasing the thermal expansion coefficient of glass, but the softening point is also increased, which is necessary for joining aluminum and copper. Joining at 550 ° C. or lower is difficult. Although bonding with resin is also conceivable, it may be possible if it has only a sealing function, but there is a problem that when high voltage is applied, it becomes conductive and breaks down.
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、環境に易しく熱膨張差の影響が少ないとともに所定の絶縁性や気密性、耐水性を確保しつつ550℃以下の低温度でアルミニウムや銅などの金属部材を接合できるようにすることにある。 The present invention has been made in the background of the above circumstances, and its purpose is to be 550 ° C. or lower while ensuring a predetermined insulating property, airtightness, and water resistance while being easy to the environment and less affected by the difference in thermal expansion. It is to be able to join metal members such as aluminum and copper at a low temperature.
かかる目的を達成するために、第1発明は、アルミニウムまたは銅から成る一対の金属部材が絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合された金属接合部品であって、(a) リューサイト結晶を含有しているガラスと、(b) そのガラスと前記一対の金属部材との間にそれぞれ介在させられて、そのガラスとその一対の金属部材とをそれぞれ一体的に固着している一対の熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物と、を有し、(c) 前記一対の金属部材が前記一対の混合物を介して前記ガラスを挟んだ状態で互いに一体的に接合されており、且つ、(d) 前記ガラスは、前記リューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲内であることを特徴とする。
なお、アルミニウムはアルミニウム合金であっても良く、銅は銅合金であっても良い。また、wt%は重量%の意味である。
In order to achieve such an object, the first invention is a metal joint part in which a pair of metal members made of aluminum or copper are joined in an insulated state while ensuring airtightness and water resistance, and (a) Leucite A glass containing crystals, and (b) a pair of glass members interposed between the glass member and the pair of metal members, respectively. A mixture of thermosetting resin and ceramic powder, and (c) the pair of metal members are integrally joined to each other with the glass sandwiched through the pair of mixtures , and ( d) The glass is characterized in that the content of the leucite crystal is in the range of 10 to 70 wt% .
Aluminum may be an aluminum alloy, and copper may be a copper alloy. Moreover, wt% means weight%.
第2発明は、第1発明の金属接合部品において、前記一対の混合物の熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、およびアルキッド樹脂の中から選ばれる1種または2種以上から成ることを特徴とする。 The second aspect, in the first shot bright metal bonding component, the thermosetting resin of the pair of the mixture, a phenol resin, an epoxy resin, one or selected from among urea resin, melamine resin, and alkyd resin It consists of more than seeds.
第3発明は、第1発明または第2発明の金属接合部品において、前記一対の金属部材の少なくとも一方がアルミニウムであり、前記ガラスは、マトリックス中にSi成分を含んでいないものが用いられることを特徴とする。 According to a third invention, in the metal joined part of the first invention or the second invention, at least one of the pair of metal members is aluminum , and the glass does not contain a Si component. Features.
第4発明は、第1発明〜第3発明の何れかの金属接合部品において、前記ガラスの熱膨張係数が12〜26×10-6/Kの範囲内であることを特徴とする。 A fourth invention is characterized in that, in the metal joined part of any of the first to third inventions, the glass has a thermal expansion coefficient in the range of 12 to 26 × 10 −6 / K.
第5発明は、第1発明〜第4発明の何れかの金属接合部品において、前記混合物は、前記セラミック粉の含有量が30〜90wt%の範囲内であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the metal joined component according to any one of the first to fourth aspects, the content of the ceramic powder in the mixture is in a range of 30 to 90 wt%.
第6発明は、第1発明〜第5発明の何れかの金属接合部品において、前記ガラスのマトリックスは、ZnOを23〜30mol%、B2 O3 を13〜18mol%、Bi2 O3 を40〜53mol%含有しており、且つ、R 2 O(Rはアルカリ成分)が23mol%以下の範囲で任意成分として加えられるビスマスホウ酸ガラスであることを特徴とする。 The sixth invention, in any one of the metal bonding component of the first invention to the fifth invention, the matrix of the glass, 23~30Mol% of Z nO, 13~18mol% of B 2 O 3, a Bi 2 O 3 It is characterized by being bismuth borate glass that is contained in an amount of 40 to 53 mol% and R 2 O (R is an alkali component) is added as an optional component within a range of 23 mol% or less .
第7発明は、アルミニウムまたは銅から成る一対の金属部材を絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合するための金属用接合材であって、(a) リューサイト結晶を含有しているガラスと、(b) そのガラスと前記一対の金属部材との間にそれぞれ介在させられて、そのガラスと一対の金属部材とをそれぞれ一体的に固着する一対の熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物と、を有し、且つ、(c) 前記ガラスは、前記リューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲内であることを特徴とする。 A seventh invention is a metal bonding material for bonding a pair of metal members made of aluminum or copper in an insulated state while ensuring airtightness and water resistance, and includes (a) a leucite crystal. A mixture of glass and (b) a pair of thermosetting resin and ceramic powder, which are interposed between the glass and the pair of metal members, respectively, and integrally fix the glass and the pair of metal members respectively. And (c) the glass is characterized in that the content of the leucite crystal is in the range of 10 to 70 wt% .
このような金属接合部品においては、一対の金属部材が一対の熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物を介してガラスを挟んだ状態で一体的に接合されており、ガラスはリューサイト結晶を含有しているため熱膨張係数が高くなり、金属部材との熱膨張差による応力等の影響が抑制されるとともに、熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物が介在させられることにより550℃以下の低温度で適切に金属部材を接合することが可能で、優れた接合強度や密着性、気密性が得られる。ガラスと金属部材との熱膨張差が小さいことから、例えば車両に搭載される電子部品のように温度が大きく上下する使用環境でも、クラックの発生や剥離、ガスリーク等が抑制されて優れた熱耐久性が得られる。また、熱硬化性樹脂は比較的熱膨張係数が高いが、セラミック粉が混合されることにより、その混合物の熱膨張係数が低下し、アルミニウムや銅との熱膨張差が小さくなるため、一層高い接合強度や密着性、気密性、熱耐久性が得られるようになる。一方、ガラスの材料として、例えば第6発明のようにビスマスホウ酸ガラス等を採用することが可能で、環境汚染の原因となる鉛系ガラスを用いる必要がないとともに、優れた絶縁性、耐水性を確保することができる。ガラスによって絶縁性が確保されることから、高電圧がかかる場合でも絶縁性が損なわれる恐れがない。これにより、アルミニウムや銅など比較的低温度で接合する必要がある金属部材同士でも、優れた絶縁性や耐水性、気密性を確保しつつ適切に接合することができる。
また、ガラスがリューサイト結晶を10〜70wt%の範囲内で含有しているため、そのガラスの熱膨張係数を12〜26×10 -6 /K程度とすることが可能で、アルミニウムの熱膨張係数(23〜25×10 -6 /K程度)や銅の熱膨張係数(16〜18×10 -6 /K程度)と同程度かやや低い値となり、それ等の金属部材との熱膨張差による応力等の影響を適切に抑制でき、優れた接合強度や密着性、気密性、熱耐久性を確保することができる。リューサイト結晶の含有量が10wt%よりも低いと、熱膨張係数が低くて熱膨張差の影響を抑制する効果が適切に得られない場合がある一方、70wt%を超えると熱膨張係数が高くなり過ぎて、熱膨張差で接合強度や密着性、気密性が損なわれる場合がある。
In such a metal bonded component, a pair of metal members are integrally bonded with a glass sandwiched between a pair of thermosetting resin and ceramic powder, and the glass contains leucite crystals. Therefore, the coefficient of thermal expansion becomes high, the influence of stress due to the difference in thermal expansion with the metal member is suppressed, and the mixture of the thermosetting resin and the ceramic powder is interposed, so that the temperature is 550 ° C. or lower. Metal members can be appropriately bonded, and excellent bonding strength, adhesion, and airtightness can be obtained. Since the difference in thermal expansion between glass and metal members is small, even in environments where the temperature is greatly increased or decreased, such as in electronic components mounted on vehicles, cracking, peeling, gas leaks, etc. are suppressed and excellent thermal durability Sex is obtained. Thermosetting resins have a relatively high coefficient of thermal expansion, but when ceramic powder is mixed, the coefficient of thermal expansion of the mixture decreases and the difference in thermal expansion from aluminum and copper decreases, which is even higher. Bonding strength, adhesion, airtightness, and thermal durability can be obtained. On the other hand, as a glass material, for example, bismuth borate glass can be adopted as in the sixth invention, and it is not necessary to use lead-based glass that causes environmental pollution, and it has excellent insulation and water resistance. Can be secured. Since insulation is ensured by glass, there is no possibility that the insulation is impaired even when a high voltage is applied. Thereby, even metal members, such as aluminum and copper, which need to be bonded at a relatively low temperature, can be appropriately bonded while ensuring excellent insulation, water resistance, and airtightness.
Further, since the glass contains leucite crystals in the range of 10 to 70 wt%, the thermal expansion coefficient of the glass can be about 12 to 26 × 10 −6 / K, and the thermal expansion of aluminum The coefficient of thermal expansion (approximately 23 to 25 × 10 −6 / K) and the coefficient of thermal expansion of copper ( approximately 16 to 18 × 10 −6 / K) are slightly lower, and the difference in thermal expansion from those metal members Therefore, it is possible to appropriately suppress the effects of stress and the like, and to ensure excellent bonding strength, adhesion, airtightness, and thermal durability. If the content of the leucite crystal is lower than 10 wt%, the thermal expansion coefficient is low, and the effect of suppressing the influence of the difference in thermal expansion may not be obtained properly, whereas if it exceeds 70 wt%, the thermal expansion coefficient is high. In some cases, the bonding strength, adhesion, and airtightness may be impaired due to a difference in thermal expansion.
第3発明は、一対の金属部材の少なくとも一方がアルミニウムの場合で、マトリックス中にSi成分を含んでいないガラスを用いるようにしたので、接合強度を適切に確保できる。すなわち、ガラスがSi成分を含んでいる場合、そのSi成分がアルミニウムと反応して発泡し、接合強度が阻害される場合がある。ガラスと金属部材との間には熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物が存在するが、コンタミネーション(混入等の汚染)によって反応して発泡する場合がある。 In the third invention, when at least one of the pair of metal members is aluminum and the glass containing no Si component is used in the matrix, the bonding strength can be appropriately ensured. That is, when glass contains Si component, the Si component reacts with aluminum and foams, and joint strength may be inhibited. A mixture of a thermosetting resin and ceramic powder exists between the glass and the metal member, but may react and foam due to contamination (contamination such as contamination).
第4発明では、ガラスの熱膨張係数が12〜26×10-6/Kの範囲内であるため、アルミニウムの熱膨張係数(23〜25×10-6/K程度)や銅の熱膨張係数(16〜18×10-6/K程度)と同程度かやや低い値となり、それ等の金属部材との熱膨張差による応力等の影響を適切に抑制でき、熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物が介在させられることと相まって、優れた接合強度や密着性、気密性、熱耐久性を確保することができる。 In the fourth invention, since the thermal expansion coefficient of the glass is in the range of 12 to 26 × 10 −6 / K, the thermal expansion coefficient of aluminum (about 23 to 25 × 10 −6 / K) or the thermal expansion coefficient of copper. (About 16-18 × 10 −6 / K), which is the same or slightly lower value, and can appropriately suppress the influence of stress and the like due to the difference in thermal expansion with those metal members, and the thermosetting resin and ceramic powder Combined with the presence of the mixture, it is possible to ensure excellent bonding strength, adhesion, airtightness, and thermal durability.
第5発明の混合物は、セラミック粉の含有量が30〜90wt%の範囲内であるため、熱硬化性樹脂による低温度での接合性能を確保しつつ混合物の熱膨張係数を適切に低下させることが可能で、アルミニウムや銅の金属部材との熱膨張差を小さくして、接合強度や密着性、気密性、熱耐久性を適切に向上させることができる。セラミック粉の含有量が30wt%よりも少ないと、熱膨張係数を低下させて接合強度や熱耐久性等を向上させる効果が十分に得られない場合がある一方、含有量が90wt%を超えると、熱硬化性樹脂による低温度での接合性能が阻害される場合がある。 Since the mixture of the fifth invention has a ceramic powder content in the range of 30 to 90 wt%, the thermal expansion coefficient of the mixture should be appropriately reduced while ensuring low temperature bonding performance with a thermosetting resin. It is possible to reduce the difference in thermal expansion from aluminum and copper metal members, and to appropriately improve the bonding strength, adhesion, airtightness, and thermal durability. When the content of the ceramic powder is less than 30 wt%, the effect of reducing the thermal expansion coefficient and improving the bonding strength, thermal durability, and the like may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the content exceeds 90 wt% In some cases, the bonding performance at a low temperature by the thermosetting resin may be hindered.
第6発明は、ガラスのマトリックスがビスマスホウ酸ガラスの場合で、リューサイト結晶の添加で熱膨張係数を12〜26×10-6/K程度とすることが可能で、金属部材との熱膨張差の影響を適切に抑制できるとともに、優れた絶縁性、耐水性を確保することができる。 The sixth invention is a case where the glass matrix is bismuth borate glass, and the addition of leucite crystals can make the thermal expansion coefficient about 12 to 26 × 10 −6 / K, and the difference in thermal expansion from the metal member. In addition, it is possible to appropriately suppress the influence of the above and to ensure excellent insulation and water resistance.
第7発明は、アルミニウムまたは銅から成る一対の金属部材を絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合するための金属用接合材に関するもので、リューサイト結晶を含有しているガラスと、そのガラスと一対の金属部材との間にそれぞれ介在させられる一対の熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物とを有し、且つ、ガラスはリューサイト結晶を10〜70wt%の範囲内で含有しているため、実質的に第1発明と同様の作用効果が得られる。 The seventh invention relates to a metal bonding material for bonding a pair of metal members made of aluminum or copper while ensuring airtightness and water resistance in an insulated state, and glass containing leucite crystals, The glass has a pair of thermosetting resin and ceramic powder interposed between the glass and the pair of metal members, respectively , and the glass contains leucite crystals in a range of 10 to 70 wt%. because you are, the same effect as substantially first invention is obtained.
本発明の金属接合部品、金属用接合材は、優れた電気絶縁性、気密性、耐水性を有するため、車両に搭載される電子部品に用いられるアルミニウムまたは銅から成る金属部材同士の接合に好適に用いられるが、他の車載用部品、或いはその他のアルミニウムまたは銅から成る金属部材同士の接合に用いることができる。本発明では熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した混合物が用いられているため、アルミニウムや銅との熱膨張差が小さくなって高い熱耐久性が得られるようになり、例えばヒートサイクル温度幅ΔTが200℃程度の苛酷な条件下での使用にも対応できる。 Since the metal bonding part and the metal bonding material of the present invention have excellent electrical insulation, air tightness, and water resistance, they are suitable for bonding metal members made of aluminum or copper used in electronic parts mounted on vehicles. However, it can be used for joining other on-vehicle components or other metal members made of aluminum or copper . In the present invention, a mixture in which ceramic powder is mixed with a thermosetting resin is used. Therefore, a difference in thermal expansion from aluminum or copper is reduced, and high thermal durability can be obtained. For example, a heat cycle temperature width ΔT Can be used under severe conditions of about 200 ° C.
金属用接合材として用いられるガラスの形状は、接合すべき金属部材の接合形態に応じて適宜定められ、平板状やリング状、筒形状など種々の態様が可能であり、金属部材が接合される2つの面(平面や端面、内周面、外周面など)に互いに電気的に絶縁された状態で一対の混合物が設けられる。ガラスのマトリックスとしては、第6発明のようにビスマスホウ酸ガラスが好適に用いられるが、リューサイト結晶で熱膨張係数を高くすることができるアルカリ系ガラス等の他のガラスを採用することもできる。第6発明のビスマスホウ酸ガラスの組成は一例であり、使用条件等によってはその組成範囲から外れたビスマスホウ酸ガラスを用いることもできる。 The shape of the glass used as the metal bonding material is appropriately determined according to the bonding mode of the metal members to be bonded, and various forms such as a flat plate shape, a ring shape, and a cylindrical shape are possible, and the metal member is bonded. A pair of mixtures is provided in a state where they are electrically insulated from each other on two surfaces (a flat surface, an end surface, an inner peripheral surface, an outer peripheral surface, etc.). As the glass matrix, bismuth borate glass is preferably used as in the sixth invention, but other glass such as alkali glass that can increase the thermal expansion coefficient with leucite crystal can also be adopted. The composition of the bismuth borate glass of the sixth invention is an example, and bismuth borate glass deviating from the composition range can be used depending on the use conditions and the like.
接合すべき一対の金属部材は同じ材質でも良いが異なる材質でも良い。それ等の金属部材とガラスとの間に介在させられる混合物の熱硬化性樹脂の種類は適宜定められ、一対の金属部材の材質が異なる場合には異なる種類の熱硬化性樹脂を用いるようにしても良い。一対の金属部材の材質が異なる場合に、共通の熱硬化性樹脂を用いることも可能である。 The pair of metal members to be joined may be the same material or different materials. The kind of the thermosetting resin of the mixture interposed between the metal member and the glass is appropriately determined. When the material of the pair of metal members is different, a different kind of thermosetting resin is used. Also good. When the materials of the pair of metal members are different, a common thermosetting resin can be used.
セラミック粉の種類や含有量(混合割合)についても、金属部材の材質や熱硬化性樹脂の種類等に応じて適宜定められるが、金属部材の材質や熱硬化性樹脂の種類等に拘らず共通のセラミック粉を採用したり、そのセラミック粉を一定の含有量で混合したりしても良い。セラミック粉の含有量は例えば30〜90wt%の範囲内が望ましいが、30wt%未満であっても熱硬化性樹脂を含む混合物の熱膨張係数を低下させる効果が得られる。セラミック粉としては、Al2 O3 (アルミナ)やYSZ(イットリア安定化ジルコニア)、MgO(マグネシア)、ZnO(酸化亜鉛)等の酸化物系のセラミックが好適に用いられる。このセラミック粉の熱膨張係数が低い程熱膨張係数を低下させる効果が大きくなるため、熱膨張係数に応じて含有量を設定することもできる。例えばZnOの熱膨張係数は8〜9×10-6/K程度で、YSZの熱膨張係数は10〜11×10-6/K程度で、MgOの熱膨張係数は22〜24×10-6/K程度であり、MgO、YSZ、ZnOの順で含有量を少なくしても良い。 The type and content (mixing ratio) of the ceramic powder are also appropriately determined according to the material of the metal member and the type of thermosetting resin, but are common regardless of the material of the metal member and the type of thermosetting resin. The ceramic powder may be employed, or the ceramic powder may be mixed with a certain content. The ceramic powder content is desirably in the range of 30 to 90 wt%, for example, but even if it is less than 30 wt%, the effect of reducing the thermal expansion coefficient of the mixture containing the thermosetting resin is obtained. As the ceramic powder, oxide ceramics such as Al 2 O 3 (alumina), YSZ (yttria stabilized zirconia), MgO (magnesia), ZnO (zinc oxide) are preferably used. The lower the thermal expansion coefficient of the ceramic powder, the greater the effect of lowering the thermal expansion coefficient. Therefore, the content can be set according to the thermal expansion coefficient. For example, the thermal expansion coefficient of ZnO is about 8-9 × 10 −6 / K, the thermal expansion coefficient of YSZ is about 10-11 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient of MgO is 22-24 × 10 −6. The content may be reduced in the order of MgO, YSZ, and ZnO.
第3発明では、一対の金属部材の少なくとも一方がアルミニウムの場合、マトリックス中にSi成分を含んでいないガラスが用いられるが、一対の金属部材が何れもアルミニウム以外の場合にはSi成分を含むガラスを用いることもできる。Si成分を有するガラスは例えばSiO2 を含むもので、具体的にはK2 O:15wt%、SiO2 :60wt%、CaO:15wt%、MgO:10wt%のガラスや、B2 O3 :50wt%、SiO2 :30wt%、Bi2 O3 :15wt%、Ba2 O3 :5wt%のガラスなどで、本発明者等がアルミニウムの接合試験を行ったところ、SiO2 とアルミニウムとが反応して発泡し、接合不可であった。 In the third invention, when at least one of the pair of metal members is aluminum, glass containing no Si component is used in the matrix. However, when both of the pair of metal members are other than aluminum, glass containing the Si component is used. Can also be used. The glass containing Si component contains, for example, SiO 2 , specifically, K 2 O: 15 wt%, SiO 2 : 60 wt%, CaO: 15 wt%, MgO: 10 wt% glass, or B 2 O 3 : 50 wt%. %, SiO 2 : 30 wt%, Bi 2 O 3 : 15 wt%, Ba 2 O 3 : 5 wt%, etc. When the present inventors conducted an aluminum joining test, SiO 2 and aluminum reacted. Foamed and could not be joined.
第4発明では、リューサイト結晶を含有したガラスの熱膨張係数が12〜26×10-6/Kの範囲内であり、アルミニウムや銅の金属部材の接合に好適に用いられる。本発明では、ガラスがリューサイト結晶を10〜70wt%の範囲内で含有しており、ガラスの熱膨張係数が12〜26×10-6/K程度となって、アルミニウムや銅の金属部材の接合に好適に用いられる。 In the 4th invention, the thermal expansion coefficient of the glass containing a leucite crystal is in the range of 12-26 * 10 < -6 > / K, and it is used suitably for joining of the metal member of aluminum or copper. In the present invention , the glass contains leucite crystals in the range of 10 to 70 wt%, and the thermal expansion coefficient of the glass is about 12 to 26 × 10 −6 / K, so that the metal member of aluminum or copper is used. Ru preferably used in bonding.
金属接合部品の気密性については、例えば金属接合部品が筒状の金属管の一端に金属板を接合した有底の筒形状を成している場合、水中に保持して例えば0.2MPa程度の圧力エアを筒内に供給し、接合部分から外部にバブルが発生しない程度の気密性を有することが望ましい。絶縁性については、例えば一対の金属部材の間に2.6kV程度の電圧を加えても絶縁状態が維持される程度の絶縁性を有することが望ましい。熱膨張差については、例えば−40〜+130℃の温度変化(ヒートサイクル)を所定回数繰り返しても、クラックや剥離を生じることがなく、有底の筒状部品については上記気密性が維持される程度の熱耐久性を有することが望ましい。本発明では、熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した混合物が用いられるため優れた熱耐久性が得られ、使用環境によっては、例えば−40〜+160℃のようにヒートサイクル温度幅ΔTが200℃程度の苛酷な熱耐久性を満たすように構成することもできる。耐水性に関しては、ガラスを例えば80℃の温水に24時間浸漬した後の重量減少率が1%以下の耐水性を有することが望ましく、高い高温耐水性が要求される車載用の電子部品等に用いられる金属部材の接合に対しても好適に用いられる。また、接合強度に関しては、例えば引張り試験機による引張り試験で60MPa以上の引張強度が得られることが望ましい。 As for the airtightness of the metal bonded part, for example, when the metal bonded part has a bottomed cylindrical shape in which a metal plate is bonded to one end of a cylindrical metal tube, the metal bonded part is held in water and is, for example, about 0.2 MPa. It is desirable that pressure air is supplied into the cylinder and has airtightness to such an extent that bubbles are not generated from the joint portion to the outside. As for insulation, for example, it is desirable that the insulation be maintained so that the insulation state is maintained even when a voltage of about 2.6 kV is applied between the pair of metal members. Regarding the difference in thermal expansion, for example, even if a temperature change (heat cycle) of −40 to + 130 ° C. is repeated a predetermined number of times, cracks and peeling do not occur, and the above-mentioned airtightness is maintained for the bottomed cylindrical part. It is desirable to have a degree of thermal durability. In the present invention, an excellent thermal durability is obtained because a mixture in which ceramic powder is mixed with a thermosetting resin is used. Depending on the use environment, the heat cycle temperature width ΔT is 200 ° C. such as −40 to + 160 ° C. It can also be configured to meet the severe thermal durability of the degree. As for water resistance, it is desirable that the glass has a water resistance of 1% or less after the glass is immersed in warm water at 80 ° C. for 24 hours, for example, for in-vehicle electronic parts that require high temperature water resistance. It is also preferably used for joining metal members used. Regarding the bonding strength, for example, it is desirable that a tensile strength of 60 MPa or more is obtained by a tensile test using a tensile tester.
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1に示す金属接合部品10は、金属用接合材12(以下、単に接合材12という)を用いて円筒状の金属管14の一端を気密に塞ぐように金属板16を一体的に接合したもので、70〜90℃程度の高温雰囲気に晒される車載用の電子部品に用いられるものである。金属管14および金属板16は一対の金属部材に相当するもので、それぞれ導電性を有するアルミニウムまたは銅にて構成されているとともに、接合材12によって互いに絶縁され且つ所定の気密性および耐水性を確保した状態で一体的に接合されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A
図2は、図1におけるII−II矢視部分の拡大断面図で、接合材12は金属管14に対応するリング形状を成しているとともに、ガラス20の両端面に第1混合物22および第2混合物24が設けられた3層構造で構成されている。接合材12の内径は金属管14の内径よりも小さい一方、接合材12の外径は金属管14の外径よりも大きく、金属管14の内側および外側へ突き出している。ガラス20はリューサイト結晶を含有しているとともに、そのガラス20の両端面には熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した第1混合物22および第2混合物24が設けられており、金属管14および金属板16は、それぞれその第1混合物22、第2混合物24を介してガラス20の両端面に一体的に固着されている。すなわち、一対の金属部材である金属管14および金属板16は、熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した一対の第1混合物22、第2混合物24を介してガラス20を挟んだ状態で、互いに一体的に接合されているのである。このような接合材12は、ガラス20の両側に熱硬化性樹脂を含有した第1混合物22、第2混合物24を有することから、550℃以下の低温度で金属管14と金属板16とを絶縁状態で一体的に接合することができる。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1. The
上記ガラス20は、本実施例ではR2 O(Rはアルカリ成分)を0〜23mol%、ZnOを23〜30mol%、B2 O3 を13〜18mol%、Bi2 O3 を40〜53mol%含有しており、且つSiO2 等のSi成分を含んでいないビスマスホウ酸ガラスをマトリックスとして、リューサイト結晶を10〜70wt%の範囲内で含有しているものである。このリューサイト結晶の添加で、ガラス20の熱膨張係数は、アルミニウムの熱膨張係数(23〜25×10-6/K)や銅の熱膨張係数(16〜18×10-6/K)と同程度かやや低い12〜26×10-6/Kの範囲内とされている。また、このガラス20の耐水性は、リューサイト結晶を添加していないビスマスホウ酸ガラスに比較して若干低下するものの、依然として高い耐水性が確保される。特に、リューサイト結晶の含有量が60wt%程度以下であれば、80℃の温水に24時間浸漬した後の重量減少率が1%以下という高い高温耐水性が得られる。リューサイト結晶の含有量は、金属接合部品10の使用環境等に応じて所定の耐水性が得られるように、ガラス組成等を考慮して10〜70wt%の範囲内で適宜定められる。リング状のガラス20の両端面には、それぞれ熱硬化性樹脂を含む第1混合物22、第2混合物24が一体的に固着されるが、内周面および外周面は露出しているため、所定の耐水性が要求される。
The glass 20 is, 0~23mol% of R 2 O (R is an alkali component) in the present embodiment, ZnO and 23~30mol%, B 2 O 3 to 13~18mol%, Bi 2 O 3 to 40~53Mol% A bismuth borate glass containing no Si component such as SiO 2 is used as a matrix, and a leucite crystal is contained within a range of 10 to 70 wt%. With the addition of this leucite crystal, the thermal expansion coefficient of the glass 20 is such that the thermal expansion coefficient of aluminum (23-25 × 10 −6 / K) or the thermal expansion coefficient of copper (16-18 × 10 −6 / K). It is in the range of 12 to 26 × 10 −6 / K which is the same or slightly lower. The water resistance of the glass 20 is slightly lower than that of the bismuth borate glass to which no leucite crystal is added, but still high water resistance is ensured. In particular, when the content of the leucite crystal is about 60 wt% or less, high high temperature water resistance with a weight reduction rate of 1% or less after being immersed in warm water at 80 ° C. for 24 hours can be obtained. The content of the leucite crystal is appropriately determined within a range of 10 to 70 wt% in consideration of the glass composition and the like so that a predetermined water resistance can be obtained according to the use environment of the metal bonded
一方、上記第1混合物22、第2混合物24を構成している熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、およびアルキッド樹脂の中から選ばれる1種または2種以上で構成される。また、それ等の熱硬化性樹脂に混合されるセラミック粉は、Al2 O3 やYSZ、MgO、ZnOなどで、その含有量は、金属管14 、金属板16の材質や熱硬化性樹脂の種類等に応じて適宜定められ、例えば30〜90wt%の範囲内とされる。第1混合物22および第2混合物24は、熱硬化性樹脂やセラミック粉の種類、混合割合が互いに異なっていても良いが、熱硬化性樹脂およびセラミック粉の種類および混合割合が互いに等しい共通の混合物であっても良い。
On the other hand, the thermosetting resin constituting the first mixture 22 and the
このような本実施例の金属接合部品10においては、アルミニウムまたは銅製の金属管14および金属板16が、熱硬化性樹脂およびセラミック粉を混合した第1混合物22、第2混合物24を介してガラス20を挟んだ状態で一体的に接合されており、ガラス20はリューサイト結晶を含有しているため熱膨張係数が比較的高い。これにより、金属管14や金属板16とガラス20との熱膨張差が小さくなって応力等の影響が抑制されるとともに、熱硬化性樹脂を含有している第1混合物22、第2混合物24が介在させられることから、550℃以下の低温度で適切に金属管14と金属板16とを接合することが可能で、優れた接合強度や密着性、気密性が得られる。ガラス20と金属管14、金属板16との熱膨張差が小さいことから、車両に搭載される電子部品のように温度が大きく上下する使用環境でも、クラックの発生や剥離、ガスリーク等が抑制されて優れた熱耐久性が得られる。また、熱硬化性樹脂は比較的熱膨張係数が高いが、熱膨張係数が低いセラミック粉が混合されることにより低下し、第1混合物22および第2混合物24と金属管14や金属板16との熱膨張差が小さくなるため、一層高い接合強度や密着性、気密性、熱耐久性が得られるようになる。一方、ガラス20のマトリックスとしてビスマスホウ酸ガラスが用いられているため、鉛系ガラスのように環境汚染の原因になる恐れがないとともに、優れた絶縁性、耐水性が得られる。このガラス20によって絶縁性が確保されることから、金属管14と金属板16との間に高電圧がかかる場合でも絶縁性が損なわれる恐れがない。これにより、比較的低温度で接合する必要があるアルミニウムまたは銅製の金属管14および金属板16を、優れた絶縁性や耐水性、気密性を確保しつつ高い接合強度で適切に接合することができる。
In such a metal joined
また、金属管14および金属板16の何れか一方或いは両方がアルミニウムの場合、ガラス20のマトリックスがSi成分を含んでいると、そのSi成分がアルミニウムと反応して発泡し、接合強度が阻害される場合があるが、本実施例ではガラス20のマトリックスがSi成分を含んでいないため、接合強度を適切に確保できる。
In addition, when either one or both of the
また、ガラス20のマトリックスがビスマスホウ酸ガラスで、リューサイト結晶を10〜70wt%の範囲内で含有しており、熱膨張係数が12〜26×10-6/Kの範囲内とされているため、アルミニウムの熱膨張係数(23〜25×10-6/K程度)や銅の熱膨張係数(16〜18×10-6/K程度)と同程度かやや低い値になる。これにより、アルミニウム或いは銅から成る金属管14や金属板16とガラス20との熱膨張差による応力等の影響を適切に抑制でき、熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物22、24が介在させられることと相まって、優れた接合強度や密着性、気密性、熱耐久性を確保することができる。
Moreover, since the matrix of the glass 20 is bismuth borate glass and contains leucite crystals in the range of 10 to 70 wt%, and the thermal expansion coefficient is in the range of 12 to 26 × 10 −6 / K. The thermal expansion coefficient of aluminum (about 23 to 25 × 10 −6 / K) and the thermal expansion coefficient of copper (about 16 to 18 × 10 −6 / K) are slightly lower. Thereby, the influence of the stress etc. by the thermal expansion difference between the
また、第1混合物22および第2混合物24は、セラミック粉の含有量が30〜90wt%の範囲内であるため、熱硬化性樹脂による低温度での接合性能を確保しつつ混合物22、24の熱膨張係数を適切に低下させることが可能で、アルミニウム或いは銅から成る金属管14や金属板16との熱膨張差が小さくなり、接合強度や密着性、気密性、熱耐久性を適切に向上させることができる。
In addition, since the first mixture 22 and the
次に、上記ガラス20のマトリックスとして用いられるビスマスホウ酸ガラスに関し、表1に示すNo1〜No14の各組成について、熱膨張係数、接合温度、および耐水性を本発明者等が実験により調べた結果を説明する。 Next, regarding the bismuth borate glass used as the matrix of the glass 20, the results of experiments conducted by the inventors on the thermal expansion coefficient, bonding temperature, and water resistance of No1 to No14 shown in Table 1 are shown. explain.
表2は、上記各組成No1〜No14について熱膨張係数、接合温度、および耐水性を調べた結果である。熱膨張係数は、各ガラス粉をプレス成形して20mm×4mm×4mmの棒状試料を作製し、試料の角が丸くならない程度の温度で仮焼を行った後、TMA(熱機械分析;thermomechanical analysis )で測定した。接合温度および耐水性については、各組成No1〜No14のビスマスホウ酸ガラスフリットをφ8mmの金型内に充填してプレス成形した後、700℃で10分間真空焼成を行うことでビスマスホウ酸ガラス試料を作製し、そのガラス試料を用いて試験を行った。接合温度は、そのガラス試料をアルミニウム基板上に載置して、空気中各種温度で20分間焼成し、接合が可能な最低温度を接合温度として求めた。耐水性は、作製したガラス試料を80℃の温水に浸漬し、24時間後の重量変化を測定して重量の減少率(%)を求めた。 Table 2 shows the results of examining the thermal expansion coefficient, bonding temperature, and water resistance of each of the compositions No1 to No14. The coefficient of thermal expansion was determined by pressing each glass powder into 20 mm x 4 mm x 4 mm rod-shaped samples, calcined at a temperature that did not round the corners of the samples, and then TMA (thermomechanical analysis). ). Regarding bonding temperature and water resistance, bismuth borate glass frit of each composition No. 1 to No. 14 is filled in a φ8 mm mold and press-molded, followed by vacuum firing at 700 ° C. for 10 minutes to prepare a bismuth borate glass sample The test was conducted using the glass sample. The bonding temperature was obtained by placing the glass sample on an aluminum substrate and firing at various temperatures in air for 20 minutes, and determining the lowest temperature at which bonding was possible as the bonding temperature. The water resistance was determined by immersing the prepared glass sample in warm water at 80 ° C. and measuring the weight change after 24 hours to determine the weight reduction rate (%).
この表2の結果から、熱膨張係数は何れも9〜16×10-6/Kの範囲内で、これはリューサイト結晶の添加で12〜26×10-6/K程度に調整できる範囲であり、ガラス20のマトリックスとして使用できる。接合温度については、組成No13を除いて何れも550℃以下であった。本発明では、熱硬化性樹脂を含有している第1混合物22、第2混合物24が金属管14、金属板16との間に介在させられるため、このガラス20のマトリックスの接合温度が問題になることはなく、参考として記載した。耐水性については、組成No5を除いて何れも重量減少率が1%以下であり、特に組成No1〜No3、No6、No7、No9、およびNo10は重量変化を測定できず、高い高温耐水性が得られた。組成No5については、R2 O(Rはアルカリ成分)の含有量が28.55mol%と高い一方、ZnO、B2 O3 、Bi2 O3 の各含有量が比較的低く、このようなビスマスホウ酸ガラスは高温耐水性が要求される条件下では使えない。これ等の結果から、ガラス20のマトリックスとして用いるビスマスホウ酸ガラスとしては、R2 O(Rはアルカリ成分)を0〜23mol%、ZnOを23〜30mol%、B2 O3 を13〜18mol%、Bi2 O3 を40〜53mol%含有しているものが適当と考えられる。なお、R2 O(Rはアルカリ成分)については、23mol%を超えていても24mol%以下であれば、重量減少率が1%以下であり、ガラス20のマトリックスとして用いることが十分に可能である。耐水性の欄の「◎」は優良(0.5%以下)を意味し、「×」は不可(5%超)を意味する。
From the results Table 2, the thermal expansion coefficient in the range of both 9 to 16 × 10 -6 / K, which is a range that can be adjusted to 12 to 26 × about 10 -6 / K by the addition of leucite crystals Yes, it can be used as a matrix for the glass 20. About joining temperature, all were 550 degrees C or less except composition No13. In the present invention, since the first mixture 22 and the
次に、前記表1の組成No1のビスマスホウ酸ガラスにリューサイト結晶を添加し、その添加量すなわち調合割合について検討した結果を説明する。表3は、ビスマスホウ酸ガラスとリューサイト結晶との調合割合(wt%)を示したもので、調合割合が異なる6種類の試料(調合1〜調合6)を用意した。これ等の調合1〜調合6は、組成No1のビスマスホウ酸ガラスフリットおよびリューサイト結晶を各調合割合で調合、混合し、その混合粉1.5gをφ8mmの金型内に充填してプレス成形した後、700℃で10分間真空焼成を行うことで、リューサイト添加ビスマスホウ酸ガラスの成型体を得た。
Next, the results obtained by adding leucite crystals to the bismuth borate glass having the composition No. 1 in Table 1 and examining the addition amount, that is, the mixing ratio will be described. Table 3 shows the blending ratio (wt%) of bismuth borate glass and leucite crystal, and six types of samples (
表4は、上記調合1〜調合6の各試料に関する熱膨張係数、および耐水性を調べた結果である。熱膨張係数は、前記表2の場合と同様にしてTMAで測定した。耐水性については、上記成型体を用いて前記表2の場合と同様にして試験を行った。耐水性の欄の「○」は良(0.5%超1%以下)を意味し、「△」は可(1%超5%以下)を意味する。
Table 4 shows the results of examining the thermal expansion coefficient and water resistance for each of the
この表4の結果から、調合2〜調合6については、熱膨張係数が12.8〜26×10-6/Kと高く、アルミニウムの熱膨張係数(23〜25×10-6/K)や銅の熱膨張係数(16〜18×10-6/K)と同程度かやや低いだけであり、前記ガラス20として用いてそれ等の金属を接合する場合に、熱膨張差による応力等の影響が抑制されて優れた接合強度や密着性、気密性が期待できる。リューサイト結晶の含有量が0wt%の調合1については、熱膨張係数が10.8×10-6/Kと低く、前記ガラス20として用いることはできない。また、耐水性に関しては、リューサイト結晶の含有量が比較的少ない調合1〜調合4については何れも重量減少率が0.5%以下で、特に優れた高温耐水性が得られる。リューサイト結晶の含有量が55wt%の調合5についても、重量減少率は1%以下であり、優れた高温耐水性が得られる。リューサイト結晶の含有量が70wt%の調合6については、重量減少率が2.0%と比較的大きく、ガラス20として使用可能であるが、高い高温耐水性が要求される条件下での使用には適当でない。この結果から、ガラス20として用いるビスマスホウ酸ガラスのリューサイト結晶の含有量は、10〜70wt%の範囲内が適当で、特に10〜60wt%の範囲内が望ましい。
From the results of Table 4, for Formulation 2 to Formulation 6, the thermal expansion coefficient is as high as 12.8 to 26 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient of aluminum (23 to 25 × 10 −6 / K) The coefficient of thermal expansion of copper (16 to 18 × 10 −6 / K) is only as low as or slightly lower than that of copper. Therefore, excellent bonding strength, adhesion and airtightness can be expected.
次に、上記リューサイト添加ビスマスホウ酸ガラスをガラス20として用いる一方、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、或いはメラミン樹脂を用いるとともに、セラミック粉としてAl2 O3 、YSZ、MgO、或いはZnOをそれぞれ所定の含有量で混合した第1混合物22、第2混合物24を用いて、前記金属管14および金属板16を接合し、リークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの各試験を行うとともに接合強度を測定した結果を説明する。表5の実施例1〜6は、金属管14および金属板16が何れもアルミニウム(Al)で、ガラス20は、前記組成No1のビスマスホウ酸ガラスに調合4の割合、すなわちリューサイト結晶を含有量40wt%で添加したものであり、その熱膨張係数は21.6×10-6/Kである。第1混合物22、第2混合物24は各実施例1〜6においてそれぞれ互いに同じ組成であり、実施例1〜3ではエポキシ樹脂にAl2 O3 が30〜70wt%の含有量で混合されたものが用いられ、実施例4ではフェノール樹脂にYSZが57wt%の含有量で混合されたものが用いられ、実施例5ではユリア樹脂にMgOが63wt%の含有量で混合されたものが用いられ、実施例6ではメラミン樹脂にZnOが46wt%の含有量で混合されたものが用いられている。
Next, while using the above leucite-added bismuth borate glass as glass 20, while using epoxy resin, phenol resin, urea resin, or melamine resin as thermosetting resin, Al 2 O 3 , YSZ, MgO, Alternatively, the
前記リークテストは気密性に関するもので、金属接合部品10を水中に保持して金属管14内に0.2MPaの圧力エアを供給し、接合部分から外部にバブルが発生したか否かを調べた。「○」は合格(バブル無し)を意味し、「×」は不合格(バブル有り)を意味する。絶縁破壊テストは絶縁性に関するもので、金属管14と金属板16との間に2.6kVの電圧を加えて絶縁状態が維持されたか否かを調べた。「○」は合格(絶縁状態維持)を意味し、「×」は不合格(導通して絶縁破壊発生)を意味する。熱耐久性テストは熱膨張差に関するもので、ここではヒートサイクル温度幅ΔTが200℃で具体的には−40〜+160℃の温度変化(ヒートサイクル)を100回繰り返した後、クラックや剥離が生じたか否か、および上記リークテストでバブルが発生したか否かを調べた。「○」は合格、すなわちクラックや剥離が無いとともにリークテストでバブル無しを意味し、「×」は不合格、すなわちクラック若しくは剥離が生じ、またはリークテストでバブルが発生したことを意味する。また、接合強度は、引張り試験機により測定した引張強度で、120MPa以上が「◎」で良、60MPa以上120MPa未満が「○」で可、60MPa未満が「×」で不可である。なお、「リークテスト」の欄の合否は、金属管14と金属板16とを接合した当初、すなわち熱耐久性テスト等を行う前の初期状態での試験結果である。
The leak test is related to airtightness. The metal
上記表5から明らかなように、実施例1〜6は、リークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの何れに関しても合格で、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性が得られた。また、接合強度も「◎」(良)或いは「○」(可)であり、アルミニウム同士を高い接合強度で接合することができる。 As apparent from Table 5 above, Examples 1 to 6 passed all leak tests, dielectric breakdown tests, and thermal durability tests, and excellent airtightness, insulating properties, and thermal durability were obtained. Also, the bonding strength is “◎” (good) or “◯” (possible), and aluminum can be bonded with high bonding strength.
表6の実施例7〜12は、金属管14および金属板16が何れも銅(Cu)で、ガラス20は、前記組成No1のビスマスホウ酸ガラスに調合3の割合、すなわちリューサイト結晶を含有量25wt%で添加したものであり、その熱膨張係数は17.3×10-6/Kである。第1混合物22、第2混合物24は各実施例7〜12においてそれぞれ互いに同じ組成であり、実施例7〜9ではエポキシ樹脂にAl2 O3 が50〜90wt%の含有量で混合されたものが用いられ、実施例10ではエポキシ樹脂にYSZが75wt%の含有量で混合されたものが用いられ、実施例11ではエポキシ樹脂にMgOが85wt%の含有量で混合されたものが用いられ、実施例12ではエポキシ樹脂にZnOが60wt%の含有量で混合されたものが用いられている。銅はアルミニウムに比べて熱膨張係数が低いため、前記表5 の各実施例1〜6に比べてセラミック粉の含有量が多くされている。そして、前記表5の場合と同様にしてリークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの各試験を行うとともに接合強度を測定した。
In Examples 7 to 12 of Table 6, the
上記表6から明らかなように、実施例7〜12は、リークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの何れに関しても合格で、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性が得られた。また、接合強度も総て「○」(可)であり、銅同士を高い接合強度で接合することができる。 As is clear from Table 6 above, Examples 7 to 12 passed all leak tests, dielectric breakdown tests, and thermal durability tests, and excellent airtightness, insulating properties, and thermal durability were obtained. Also, the bonding strength is all “◯” (possible), and copper can be bonded with high bonding strength.
一方、表7は比較例で、比較例1は金属管14および金属板16が何れもアルミニウム(Al)の場合であり、ガラス20は前記表5の実施例1〜6と同じで、第1混合物22、第2混合物24の代わりにセラミック粉を含まないエポキシ樹脂が用いられている。また、比較例2は、金属管14および金属板16が何れも銅(Cu)の場合で、ガラス20は前記表6の実施例7〜12と同じであり、第1混合物22、第2混合物24の代わりにセラミック粉を含まないエポキシ樹脂が用いられている。そして、表5、表6の場合と同様にしてリークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの各試験を行うとともに接合強度を測定した。
On the other hand, Table 7 is a comparative example, Comparative Example 1 is a case where the
上記表7から明らかなように、比較例1、2の何れも気密性および絶縁性は合格であるが、熱耐久性は不合格であり、接合強度も60MPa未満で不可であった。すなわち、ガラス20と金属管14、金属板16との間に介在させられたエポキシ樹脂の熱膨張係数が高く、熱膨張差が大きいため、十分な接合強度が得られないとともにヒートサイクルによって剥離等が発生するのである。このため、例えば車載用の電子部品などでヒートサイクル温度幅ΔTが200℃に達するような苛酷な条件下で使用される部品の接合には使えない。
As is clear from Table 7, the airtightness and insulation of both Comparative Examples 1 and 2 were acceptable, but the heat durability was unacceptable, and the bonding strength was less than 60 MPa. That is, since the thermal expansion coefficient of the epoxy resin interposed between the glass 20 and the
表8の実施例13〜17は、金属管14が銅(Cu)で金属板16がアルミニウム(Al)の場合に、第1混合物22としてエポキシ樹脂にAl2 O3 を70wt%の含有量で混合したものを用いるとともに、第2混合物24としてエポキシ樹脂にAl2 O3 を50wt%の含有量で混合したものを用いる一方、ガラス20のリューサイト結晶の含有量を種々変更して金属接合部品10を作製した。ガラス20のマトリックスは、前記組成No1のビスマスホウ酸ガラスである。そして、前記各実施例と同様にしてリークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの各試験を行うとともに接合強度を測定した。
In Examples 13 to 17 of Table 8, when the
上記表8から明らかなように、実施例13〜17は、リークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの何れに関しても合格で、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性が得られた。また、接合強度も総て「○」(可)であり、銅とアルミニウムとを高い接合強度で接合することができる。すなわち、ガラス20と銅製の金属管14、アルミニウム製の金属板16との間に、それぞれ熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した第1混合物22、第2混合物24が介在させられているため、ガラス20のリューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲で変化し、その熱膨張係数が12.8〜26×10-6/Kの範囲でばらついても、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性、および接合強度が得られる。
As apparent from Table 8 above, Examples 13 to 17 passed all leak tests, dielectric breakdown tests, and thermal durability tests, and excellent airtightness, insulating properties, and thermal durability were obtained. Also, the bonding strength is all “◯” (possible), and copper and aluminum can be bonded with high bonding strength. That is, since the first mixture 22 and the
表9の実施例18〜22は、金属管14および金属板16が何れもアルミニウム(Al)の場合に、第1混合物22、第2混合物24としてエポキシ樹脂にAl2 O3 を50wt%の含有量で混合したものを用いる一方、ガラス20のリューサイト結晶の含有量を種々変更して金属接合部品10を作製した。ガラス20のマトリックスは、前記組成No1のビスマスホウ酸ガラスである。そして、前記各実施例と同様にしてリークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの各試験を行うとともに接合強度を測定した。
Examples 18 to 22 in Table 9 contain 50 wt% of Al 2 O 3 in the epoxy resin as the first mixture 22 and the
上記表9から明らかなように、実施例18〜22は、リークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの何れに関しても合格で、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性が得られた。また、接合強度も総て「○」(可)であり、アルミニウム同士を高い接合強度で接合することができる。すなわち、ガラス20とアルミニウム製の金属管14、金属板16との間に、それぞれ熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した第1混合物22、第2混合物24が介在させられているため、ガラス20のリューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲で変化し、その熱膨張係数が12.8〜26×10-6/Kの範囲でばらついても、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性、および接合強度が得られる。
As is clear from Table 9 above, Examples 18 to 22 passed all leak tests, dielectric breakdown tests, and thermal durability tests, and excellent airtightness, insulating properties, and thermal durability were obtained. Also, the bonding strength is all “◯” (possible), and aluminum can be bonded with high bonding strength. That is, since the first mixture 22 and the
表10の実施例23〜27は、金属管14および金属板16が何れも銅(Cu)の場合に、第1混合物22、第2混合物24としてエポキシ樹脂にAl2 O3 を70wt%の含有量で混合したものを用いる一方、ガラス20のリューサイト結晶の含有量を種々変更して金属接合部品10を作製した。ガラス20のマトリックスは、前記組成No1のビスマスホウ酸ガラスである。そして、前記各実施例と同様にしてリークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの各試験を行うとともに接合強度を測定した。
Examples 23 to 27 in Table 10 contain 70 wt% of Al 2 O 3 in the epoxy resin as the first mixture 22 and the
上記表10から明らかなように、実施例23〜27は、リークテスト、絶縁破壊テスト、熱耐久性テストの何れに関しても合格で、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性が得られた。また、接合強度も総て「○」(可)であり、銅同士を高い接合強度で接合することができる。すなわち、ガラス20と銅製の金属管14、金属板16との間に、それぞれ熱硬化性樹脂にセラミック粉を混合した第1混合物22、第2混合物24が介在させられているため、ガラス20のリューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲で変化し、その熱膨張係数が12.8〜26×10-6/Kの範囲でばらついても、優れた気密性、絶縁性、熱耐久性、および接合強度が得られる。
As is clear from Table 10 above, Examples 23 to 27 passed all leak tests, dielectric breakdown tests, and thermal durability tests, and excellent airtightness, insulating properties, and thermal durability were obtained. Also, the bonding strength is all “◯” (possible), and copper can be bonded with high bonding strength. That is, since the first mixture 22 and the
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, these are one Embodiment to the last, This invention is implemented in the aspect which added the various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. be able to.
10:金属接合部品 12:金属用接合材 14:金属管(金属部材) 16:金属板(金属部材) 20:ガラス 22:第1混合物 24:第2混合物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Metal joining part 12: Joining material for metals 14: Metal pipe (metal member) 16: Metal plate (metal member) 20: Glass 22: 1st mixture 24: 2nd mixture
Claims (7)
リューサイト結晶を含有しているガラスと、
該ガラスと前記一対の金属部材との間にそれぞれ介在させられて、該ガラスと該一対の金属部材とをそれぞれ一体的に固着している一対の熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物と、
を有し、前記一対の金属部材が前記一対の混合物を介して前記ガラスを挟んだ状態で互いに一体的に接合されており、
且つ、前記ガラスは、前記リューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲内である
ことを特徴とする金属接合部品。 A metal joint part in which a pair of metal members made of aluminum or copper are joined in an insulated state while ensuring airtightness and water resistance,
Glass containing leucite crystals;
A mixture of a pair of thermosetting resin and ceramic powder respectively interposed between the glass and the pair of metal members and integrally fixing the glass and the pair of metal members;
And the pair of metal members are integrally joined to each other with the glass sandwiched through the pair of mixtures ,
And the said glass has the content of the said leucite crystal in the range of 10-70 wt%, The metal joining component characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載の金属接合部品。 The thermosetting resin of the pair of the mixture, phenolic resin, epoxy resin, urea resin, according to claim 1, characterized in that it consists of one or more members selected from among melamine resin, and alkyd resin Metal joint parts.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の金属接合部品。 The metal joined component according to claim 1 or 2 , wherein at least one of the pair of metal members is aluminum , and the glass does not contain a Si component in the matrix.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の金属接合部品。 The metal joint component according to any one of claims 1 to 3 , wherein the glass has a coefficient of thermal expansion within a range of 12 to 26 × 10 -6 / K.
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の金属接合部品。 The metal joint component according to any one of claims 1 to 4 , wherein the mixture has a content of the ceramic powder in a range of 30 to 90 wt%.
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の金属接合部品。 Matrix of said glass, Z nO the 23~30mol%, B 2 O 3 to 13~18mol%, the Bi 2 O 3 is contained 40~53mol%, and, R 2 O (R is an alkali component) It is a bismuth borate glass added as an arbitrary component in the range of 23 mol% or less . The metal joint component according to any one of claims 1 to 5 .
リューサイト結晶を含有しているガラスと、
該ガラスと前記一対の金属部材との間にそれぞれ介在させられて、該ガラスと該一対の金属部材とをそれぞれ一体的に固着する一対の熱硬化性樹脂およびセラミック粉の混合物と、
を有し、且つ、前記ガラスは、前記リューサイト結晶の含有量が10〜70wt%の範囲内である
ことを特徴とする金属用接合材。 A metal bonding material for bonding a pair of metal members made of aluminum or copper while ensuring airtightness and water resistance in an insulated state,
Glass containing leucite crystals;
A mixture of a pair of thermosetting resin and ceramic powder, which is interposed between the glass and the pair of metal members, respectively, and integrally bonds the glass and the pair of metal members;
And the glass has a content of the leucite crystal in the range of 10 to 70 wt% .
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