JPH0122071B2 - - Google Patents

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JPH0122071B2
JPH0122071B2 JP18996381A JP18996381A JPH0122071B2 JP H0122071 B2 JPH0122071 B2 JP H0122071B2 JP 18996381 A JP18996381 A JP 18996381A JP 18996381 A JP18996381 A JP 18996381A JP H0122071 B2 JPH0122071 B2 JP H0122071B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper plate
pressure
thin copper
temperature
bonding
Prior art date
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Expired
Application number
JP18996381A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5893587A (ja
Inventor
Norihiko Kono
Koichi Ozaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP18996381A priority Critical patent/JPS5893587A/ja
Publication of JPS5893587A publication Critical patent/JPS5893587A/ja
Publication of JPH0122071B2 publication Critical patent/JPH0122071B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • B23K20/2333Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer one layer being aluminium, magnesium or beryllium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、アルミニウム(Al:Al合金を含む
…以下同じ)全体を高温にさらすことなく、接合
すべき銅(銅合金を含む…以下同じ)板との接触
面を特に加熱することによつて両者を確実に接合
する方法に関するものである。 Al製の電子機器半導体用ヒートシンク、圧縮
端子、電気ブスバー等としては、Al材に銅板を
接合し或いはカツパーライジング処理を施したも
のが利用されている。これは、上記の様なアルミ
製品が銅製の隣設機器と接触したときに生じる
Al材の電食を防止する為である。即ちAl材は水
等の媒体の存在下で銅と接触すると激しい電食が
起こるので、従来はAl材に予め銅板を接合する
か、カツパーライジング処理を施しておき、銅製
隣設機器との接触部を銅で保護すると共に、該保
護部の周辺に耐水性塗料を塗布し水等の電食媒体
が侵入するのを防止している。 この様な表面処理法としては以下に示す様な方
法が知られているが、夫々併記する様な欠点があ
り、満足し得るものとは言い難い。 (1) ハンダ付けによる銅板の接合 ハンダを介してAl材に銅板を接合する方法
で、相当以前から行なわれているが、Al材の
表面には安定な酸化皮膜が形成されており冶金
学的接合を阻害するので、フラツクスを用いて
酸化物を除去するという予備処理が不可欠であ
る。またハンダ付けには相当の熟練を要し、感
覚に頼る手作業で行なわれるのが通例であり、
製品々質も一定しない。更に接合作業後は製品
の耐食性に有害なフラツクスを完全に除去しな
ければならず、操作が煩雑である。また最近で
はフラツクス不要のハンダも市販されている
が、ハンダを溶塗布した後両接合材を充分に摺
り合せてAlの酸化皮膜やその他の異物を周辺
に湧き出させる必要があり、操作の煩雑性につ
いてはさして変るところがない。 (2) カツパーライジング カツパーライジングとは、Al材の表面に銅
を析出させて渡金する方法であるが、使用環境
によつては経年変化がみられ、2〜3年後に接
続相手方を取替えるときにカツパーライジング
層が部分的にはげ落ちる等の問題がある。特に
接続相手方が半導体である場合は、その固着に
当つて電気伝導性の良いコンパウンドを用いて
熱伝導の阻害要因となるエアギヤツプをなくす
様に取付けているが、半導体取替え時には大き
なトルクでこじる様に半導体をはがすので、カ
ツパーライジン皮膜のはげ落ちることがあつ
た。 (3) 熱間圧接 Al材と銅板を高温に加熱して圧接する方法
であるが、通常の加熱では銅板が酸化される為
十分な接合状態が得られず、銅板の加熱及び圧
接を非酸化性雰囲気又は還元性雰囲気で行なう
必要がある。また銅板が薄い場合はその熱容量
が小さいので圧接雰囲気の影響を受け易く、接
合温度を一定に保持することが困難な為に接合
状態が一定しないという欠点があつた。 また接合材を548℃〜溶融域の温度に加熱し
て行なう共晶域圧接法では、接合面にAl−Cu
共晶合金が形成される為優れた接合強度を得る
ことができる。しかしながら接合相手が、例え
ばAlろう付け装品であるヒートシンク等であ
ると、ろう付け部の溶融温度が590〜610℃程度
である為に十分な温度差がとれず、加熱に特別
の注意を要すると共に、場合によつてはろう付
け部を溶かしてしまう恐れがある。また共晶域
での圧接条件で同一製品に数箇所別々に圧接す
る必要があるときは、圧接時間が長くなつたり
再加熱を要することがあるが、この過程で、先
に接合した部分の共晶反応が進行して合金属及
び金属間化合物層が厚く成長し過ぎ、接合状態
が悪化する。 (4) 爆着、冷間圧接、摩擦圧接等 このうち現在圧縮端子や電気ブスバー等の製
造に利用されているのは爆着のみであるが、実
施上の問題が多く汎用性に欠ける。 本発明者等は上記の様な事情に着目し、上記の
様な障害を生じることなくAlと銅板を簡単且つ
確実に接合し得る様な方法を開発すべく鋭意研究
を進めてきた。本発明はかかる研究の結果完成さ
れたものであつて、その構成は、常温又は予熱さ
れたAl材の表面に、厚さ3mm以下の薄銅板を重
ね、該薄銅板の背面に加熱した金型を押し当て、
薄銅板からアルミニウム材にかけて温度勾配を形
成しつつ接触面を加熱して圧接するところに要旨
が存在する。 本発明ではAl材を定盤上に載置してこの上に
薄銅板を重ね、該薄銅板の背面側に、所定温度に
加熱された金型を押し当てて圧接するものであ
り、金型の熱は熱伝導度の高い薄銅板を通して直
ちにAl材との接触部に伝わり、接触部分は所定
の圧接温度に加熱される。またAl材には温度勾
配ができ、薄銅板との接触部から離れるにつれて
金型からの熱が拡散されるから、Al材全体はそ
れほど高温に加熱されることがなく、前記(3)の従
来の熱間圧接で指摘した様な過加熱の問題を未然
に防止することができる。 例えば第1図は本発明の接合法を例示する概略
説明図で、定盤4上にAl材1を載置してその上
に薄銅板2を重ね、薄銅板2の背面側に、ヒータ
5で所定温度に加熱された金型3を押し付けて圧
接する。その結果金型3の熱は薄銅板2を通して
即座に接触面に伝わり、両金属は相互拡散或いは
相互溶融によつて接合する。尚相互溶融によつて
接合する場合は、溶融段階は比較的小さな力で押
し付け、溶融後大きな力で圧接する様にすれば、
酸化物等を含んだ溶融金属は接合部周辺に湧出さ
せることができ、高レベルの接合力が保障され
る。また圧接段階でAl材1及び薄銅板2の表面
に酸化皮膜が存在していると接合力が低下するの
で、事前に表面研削等によつて酸化皮膜を除去し
ておき、且つ圧接作業を非酸化性雰囲気で行なう
ことが望まれる。尚接合時間が長くなると接合部
に脆弱な金属間化合物が生成し接合力が低下する
ことがあるので、圧接後は可及的すみやかに冷却
するのがよい。また接合時間を短縮する意味で
Al材を予め圧接温度以下の温度に予熱しておく
ことも有効であり、この場合の予熱も非酸化性雰
囲気で行なうべきである。 何れにしても本発明における圧接温度までの加
熱は、薄銅板の背面側に押し当てる加熱金型によ
つて行なうもので、Al材自体は温度勾配により
比較的低温に保持されるから、Al材本体がろう
付け製品である様な場合でも、圧接工程で該ろう
付け部が溶融する様な恐れがなく、また裏面等に
既に圧接済みの部分が存在する場合でも該既圧接
部の共晶反応が進行しすぎる恐れも殆んどない。 尚薄銅板が厚すぎると接触部への熱伝達速度が
低下して圧接所要時間が長くなり、圧接部の金属
間化合物量が増加して接合強度が低下するので、
薄銅板としては3mm以下のものを使用しなければ
ならない。 第2図は本発明の他の実施例を示す概略説明図
で、定盤4側にもヒータ5を配置し金型3よりも
低温に加熱する様にしている。この方法はAl材
1を予熱して薄銅板2と接合する場合に有効な方
法であり、圧接時にAl材1の裏面からの放熱を
抑えて圧接所要時間を短縮すると共に、予熱した
Al材を常盤4上にセツトした後の降温が抑えら
れ、接合面の均質性が高められる。この場合接合
終了後のAl材の冷却速度は低下し接合部の金属
間化合物量が増加する傾向があるので、圧接終了
後はすみやかに冷風等で強制冷却することが望ま
れる。尚下記第1表は、第2図の方法を採用した
場合の具体的な圧接条件を示したもので、何れも
均質で良好な接合部を得ることができた。但し材
料としてはAl板(100mm×100mm×10mmt)と薄銅
板(60mm×60mm×0.4mmt)を使用し、Al板と定盤
の間には融着防止の為厚さ0.2mmのテフロンシー
トを挾んで圧接し、圧接終了後は冷却空気で強制
冷却した。
【表】 第3図は本発明の更に他の実施例で、Al材1
の両面に薄銅板2を一気に接合する方法を示して
おり、2度手間で行なう場合に比べて接合強度が
強くなるという利点がある。即ちAl材1を比較
的高温に予熱して片面ずつ圧接しようとすると、
先に圧接した側が次の面の圧接における予熱及び
圧接工程で熱影響を受け、相互溶融或いは相互拡
散が過剰に進行して脆弱な金属間化合物が生成す
るが、両面の同時圧接であれば上記の様な問題を
起こすことがなく、両面共優れた接合強度が得ら
れる。但し圧接終了後は、相互溶解及び相互拡散
の進行を阻止する為、上記進行が起こらない温度
(実質的には300℃以下)まですみやかに冷却すべ
きである。 本発明は概略以上の様に構成されるが、要は薄
銅板の背部側に加熱金型を押し付け、温度勾配を
利用してAl材本体を高温にさらすことなく接合
部を集中的に加熱圧接する方法であり、以下に示
す様な諸効果を享受できる。 ヒートシンクの様なろう付けAl材に対して
も、ろう付け部を溶融させることなく薄銅板を
確実に接合することができる。ちなみにろう付
け部の溶融温度は一般に590〜610℃であり、圧
接に必要な加熱状態においてもAl材自体は温
度勾配によつて十分な低温に保持することがで
きる。 Al材は常温或いは比較的低温に予熱した状
態で圧接することができ、全体を高温にさらす
必要がないから、Al材自体の熱劣化も防止で
きる。 多数の箇所に圧接を施す必要のある場合で
も、圧接部のみが局部的に加熱されているにす
ぎないので、圧接済みの箇所に熱影響を及ぼす
ことがない。もつとも複数箇所を時間的間隔を
おいて圧接するときは、既圧接部への熱影響を
抑える為Al材は常温又は比較的低温に予熱し
た状態で圧接すべきである。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明の圧接法を例示する概略説
明図である。 1……Al材、2……薄銅板、3……加熱用金
型、4……定盤、5……ヒータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 常温又は予熱されたアルミニウム材の表面
    に、厚さ3mm以下の薄銅板を重ね、該薄銅板の背
    面に加熱した金型を押し当て、薄銅板からアルミ
    ニウム材にかけて温度勾配を形成しつつ接触面を
    加熱して圧接することを特徴とするアルミニウム
    に銅板を接合する方法。
JP18996381A 1981-11-26 1981-11-26 アルミニウムに銅板を接合する方法 Granted JPS5893587A (ja)

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JP18996381A JPS5893587A (ja) 1981-11-26 1981-11-26 アルミニウムに銅板を接合する方法

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JPS5893587A JPS5893587A (ja) 1983-06-03
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CN106475679B (zh) * 2016-11-30 2018-07-27 山东大学 一种铜与铝合金的无中间层非连续加压真空扩散连接工艺
KR102609747B1 (ko) * 2023-05-11 2023-12-05 (주) 제이엠비 전기 자동차용 입체형 부스바 제조를 위한 용접장치 및 용접방법

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