JPH0516950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、電子部品の導電片用異種金属をスポ
ツト溶接により接合する接合方法に関する。 「従来の技術及びその問題点」 トランジスタ、ICパーツ等の電子部品と電子
部品、電子部品と基板上の回路等を電気的に接続
する導電片の接合には、はんだ付等が一般的に用
いられている。このためはんだ付等による接合部
の良否が、当該電子部品等を組み込んだ製品自体
の品質とか信頼性を、直接左右する要因の一つと
なる。また電子部品のサイズが極く小さくなると
ともに、導電片も小さくなつて、機械的振動によ
る応力若しくは冷熱サイクル下での熱応力の繰り
返し作用によるはんだ付等の接合部の接合強度の
低下及び劣化が問題となつている。特に線膨張係
数が大きく異なる異種金属電子部品のはんだ付に
よる接合は、−30℃〜110℃の冷熱サイクル下に置
かれた場合には、接合強度が著しく劣化する場合
がある。 このため異種金属の接合部の劣化対策として、
銀ろう付を用いて強固な接合を確保する方法もあ
るが、ろう付温度が約700℃と高く、加熱による
電子部品等の影響、生産性等を考慮すると容易に
実施することが難しい。 次に生産性、接合強度の見地から、異種金属か
らなる電子部品の接合方法として、スポツト溶接
の採用が考えられる。スポツト溶接を良好に行う
ための条件は、溶接電流、通電時間、加圧力及び
電極の材質、形状等が挙げられる。異種金属間の
接合では、前記条件の他にその材質に影響され、
特に電気抵抗の低い導電片とか、めつきされた導
電片とかを、直接基板上の回路等にスポツト溶接
により接合するための、信頼性のある最適条件を
回路等の材質に応じて個々に見出すことは容易で
はない。 前記した冷熱サイクル下ではんだ付等の接合部
の接合強度が劣化する原因は、線膨張係数が大き
く異なる異種金属の接合によるものである。従つ
て、はんだ付等により接合を行う部分には、被接
合部材の線膨張係数に比較的近い線膨張係数の部
材を介在させてはんだ付を行うとともに、該部材
と導電片とをスポツト溶接により強固に接合する
ことにより、前記冷熱サイクル下でのはんだ付等
の接合部の劣化の問題は解決可能となる。ところ
が、電子部品用導電片は前記したように、基板上
の回路等にはんだ付等により接合されるものであ
るから、導電材の表面にはんだ付等に必要なめつ
き層を形成するために、スポツト溶接後錫若しく
ははんだめつきを行うと、そのめつき工程で変形
して寸法、形状等の精度が維持できないばかり
か、溶接部の隙間に染み込んだめつき液が水洗に
よつて除去されずめつき品質を阻害する等の不都
合の発生が予想される。特公昭59−28434号公報
に記載された発明は、上方には先端弧状の細棒の
プラス電極を、又下方には上面を平坦にしたマイ
ナス電極を用い、この上下一組の電極間にエンン
ボス金属パネル上に該パネルと同種金属の保持用
金属板又は金属枠の平面部とを重合し、上方電極
の加圧印加により該平面部の一部を該パネル面に
曲折又は彎曲して接触せしめて点溶接するように
した溶接方法に過ぎず、上記従来の溶接方法では
異種金属としての銅素材と鉄ニツケル合金素材に
強固に接合することができないという欠点があ
る。 特公昭40−20817号公報に記載された発明は、
被覆電線を導電性の帯が取り巻き、裸電線は溶接
中にこれと帯との隣接部において被覆を破るよう
に強制され、電極の曲率は導電性の帯の曲率に合
わせた凹曲面とする溶接式電気接続に過ぎず、被
覆電線と裸電線は同種金属であるのでこの溶接式
電気接続では異種金属としての銅素材と鉄ニツケ
ル合金素材を強固に接合することができないとい
う欠点がある。 特開昭47−38856号公報に記載された発明は、
チタンカーバイド16〜３重量％のチタンカーバイ
ド―銅系焼結合金にモリブデン0.8〜1.5重量％を
含有せしめてなる点溶接用電極材料に過ぎず、ま
た、その実施例において溶接される金属は同種金
属であるので、この発明では異種金属としての銅
素材と鉄ニツケル合金素材を強固に接合すること
ができないという欠点がある。 「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記した問題点を解決するため、素
材の段階ではんだめつき等を施した後、スポツト
溶接を行つて接合した後成形するようにした電子
部品用異種金属の接合方法を提供することを目的
とするもので、その具体的手段は、電子部品の導
電片用異種金属としての銅素材導電片と鉄ニツケ
ル合金素材導電片とに予め錫若しくははんだめつ
き層を施した後、タングステン及び銀タングステ
ン等の高融点材質よりなる先端加圧部を一定の曲
率で凸曲面に形成する一方の曲率電極チツプ側で
前記銅素材導電片を加圧し、またクロム銅合金材
質よりなりその加圧部を平面状に形成する他方の
平面状電極チツプ側で前記鉄ニツケル合金素材導
電片を加圧することにより、スポツト溶接機によ
り前記両電極チツプ間に加圧力を加えた時点で銅
素材導電片を曲率電極チツプの曲率に応じて変形
させ、さらに前記両電極チツプ間に加圧力を加え
たまま溶接電流を流すことにより、銅素材導電片
と鉄ニツケル合金素材導電片の間の前記めつき層
を溶融除去し、直接銅―鉄の安定した金属間鋳造
組織を形成することを特徴とするものである。 「作用」 本発明は、前記具体的手段の説明で明らかにし
たように、元来、異種金属は溶接温度が異なるた
めに、溶接時において同一溶接電流が流れると一
方の金属が溶融しても他方の金属が溶融しないの
で強固に溶接を行うことが困難であるが、本発明
は、前記具体的手段の説明で明らかにしたよう
に、異種金属としての銅素材導電片と鉄ニツケル
合金素材導電片とに低融点の錫若しくははんだめ
つきを予め施し、相互に接触する銅素材導電片と
鉄ニツケル合金素材導電片との間に錫若しくはは
んだめつき層を介在させているから、電気伝導度
の大きい銅素材に対して電気抵抗値を高め、ま
た、タングステン等の高融点材質で先端加工部を
一定の曲率で凸曲面に形成した曲率電極チツプを
銅素材に接触させて溶接電流を流すことにより熱
抵抗を増加し、直接母材接合の熱源を確保し、銅
クロム合金で加工部を平面状とした電極チツプを
鉄ニツケル合金素材に接触させることにより熱抵
抗を減らすことができるため鉄ニツケル合金素材
側の錫もしくははんだめつき層を融点以下に押さ
え損傷のないようにすることができる。 また、前記電極間に加圧力を加えた時点で銅素
材が曲率電極チツプの曲率に応じて変形し、さら
に前記両電極間に加圧力を加えたまま溶接電流を
流すと、銅素材導電片が変形するがゆえに局所的
に溶接することができ、しかも銅素材導電片と鉄
ニツケル導電片間の中間めつき層での抵抗発熱に
よる局部的温度上昇により、該めつき層を溶融除
去するとともに、銅素材と鉄ニツケル合金素材を
局部的に溶融して、直接銅―鉄の安定した鋳造組
織即ちナゲツトを形成し強固に接合する。一方平
面状電極チツプに加圧される鉄ニツケル合金素材
の加圧側のめつき層は、加圧面積が広く電極部で
の発熱は電極チツプに伝導するため何ら機械的、
熱的損傷を受けることなく残るため、他の回路基
板とのはんだ接合が可能である。さらに本発明は
曲率電極チツプにタングステン及び銀タングステ
ン等の高融点材質を使用してるから、錫及びはん
だめつきのような低融点表面処理を行なつた導電
片の溶接においても、曲率電極への錫の拡散によ
る強度劣化の問題をなくすことができる。 「実施例」 本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。 第１図は、本発明方法を実施するコンデンサ式
スポツト溶接機の概要を示し、上部電極チツプ１
の先端加圧部を一定の曲率（1.5〜2.5mmＲ）によ
り凸曲面に形成し、下部電極チツプ２の加圧部を
平面状に形成する。上部電極チツプ１の材質はタ
ングステンであるが、その他銀タングステン、モ
リブデンのように、熱伝導率、導電率が高くしか
も高融点の材質を用いることができる。また下部
電極チツプ２の材質はクロム銅合金とする。上下
の電極チツプ１，２は、溶接変圧器３を介して電
源４に接続される。５は電源回路に並列に接続さ
れたコンデンサ、６は通電時間を制御するタイマ
である。 第２図は、本発明方法により接合される電子部
品の導電片用の金属素材を示し、１１は板厚0.15
mmの銅素材、１２は板厚0.25mmの42ニツケル合金
素材であつて、それぞれはんだめつきを施し、は
んだ（90％Sn）のめつき層１３を形成する。は
んだめつきの代わりに錫めつきを施してもよい。 これら両金属素材１１，１２は、コンデンサ式
スポツト溶接機の上部電極チツプ１により銅素材
１１を、下部電極チツプ２により鉄ニツケル合金
素材としての42ニツケル合金素材１２をそれぞれ
挟んで加圧して大電流を通電すると、中間のめつ
き層１３での抵抗発熱による局部的温度上昇によ
り、該めつき層１３を溶融除去するとともに、銅
素材１１と42ニツケル合金素材を局部的に溶融し
て、両金属の鋳造組織であるナゲツトを形成して
接合する。 第３図は、本発明方法によつて溶接接合した接
合部の拡大断面図であつて、該接合部１４は前記
したように、銅と42ニツケル合金との錫造組織が
形成され、はんだめつき層１４は溶融除去され
る。また、平面状の下部電極チツプ２より加圧さ
れる42ニツケル合金素材１２の加圧面側のはんだ
めつき層１３は、前記電極チツプ２の加圧面積が
広く、熱伝導率も大きいため、機械的及び熱的な
損傷を受けることなく残存する。一方銅素材１２
の加圧面側は先端加圧面が一定の曲率で形成され
る上部電極チツプ１で局部的に加圧されるため、
はんだめつき層１３が破壊された圧痕１５が形成
される。 本実施例は、前記したようにはんだめつきを施
した銅素材１１と42ニツケル合金素材１２の電子
部品の導電片用異種金属素材を、スポツト溶接に
より接合するものであるが、電子部品として必要
な溶接強度を確保し、42ニツケル合金素材１２の
加圧面側にはんだめつき層１３を何ら損傷するこ
となく残存させるための各溶接条件及びめつき厚
等は、以下に説明する各種実験及びそのデータに
より確認される。 ここで溶接強度は、本発明方法によりスポツト
溶接された接合部を、第４図に示すように環状に
形成した両素材を毎分30mmの速度で引張つて剥離
し、その剥離に必要な引張力を計測して求める。 また剥離後に42ニツケル合金素材１２に残る銅
ナゲツト径を計測することにより、溶接接合強度
度を判定する。銅ナゲツト径Ｄは第５図ａに示す
ように、直接計測して求めるか又は同図ｂに示す
ように短径と長径を計測してその平均を求める。 前記した実施例におけるスポツト溶接の溶接強
度を、加圧力を10Kgとし、それぞれのはんだめつ
き厚及び上部電極チツプ１の先端加圧部の曲率を
次表の通りに変化させて前記計測方法により計測
する。

【表】 その結果、溶接強度５Kg程度を得るための電流
値は、めつき厚2μmのときの前表ａ，ｂの場合に
は約2.5KAと差はないが、めつき厚が8μmのとき
のｃの場合は約3.2KA，ｄの場合は約3.8KAと曲
率が大きい方が電流値が増加することが判つた。 また、加圧力を10Kgとし、はんだめつき厚及び
上部電極チツプ１の先端加圧部の曲率を、前表を
同様にして、残存銅ナゲツト径Ｄを計測した結
果、Ｄ＝１mm程となる電流値は、ほぼ前記溶接強
度５Kgとなる電流値と等しくなり、溶接強度と残
存銅ナゲツト径との対応が関係づけられる。 第６図は、加圧力（Kg）と電流値（KA）との
関係から接合能域を表したもので、加圧力を６〜
30Kgと増加した場合でも、電流値３〜4KAでは
溶接強度が５Kg未満で強度不足となり、加圧力20
Kg以下で電流値を約4.5KA以上にするとフラツシ
ユを、加圧力を20Kg以上で、電流値約4.5KA以上
にすると42ニツケル合金の非接合面側のはんだめ
つき層が溶融を生じる等の接合不可域となる。 本発明方法で接合される銅及び42ニツケル合金
の素材は、スポツト溶接で接合された後、プレス
成形等により導電片に成形されるもので、溶接強
度及び残存銅ナゲツト径は、それぞれ約５Kg及び
１mm程度を目安とするもので、前記した各実験結
果等により、スポツト溶接の要素となる溶接電流
値、加圧力、通電時間及び電極形状等の最適条件
を求めることが可能となる。 また本実施例では、異種金属の相方にはんだめ
つきを行つたが、接合する金属の種類によつては
いずれか一方の金属のみにはんだめつきを行つて
もよい。 「効果」 本発明方法は、電子部品の導電片用異種金属と
しての銅素材導電片と鉄ニツケル合金素材導電片
とに予め錫若しくははんだめつき層を施した後、
タングステン及び銀タングステン等の高融点材質
よりなり先端加圧部を一定の曲率で凸曲面に形成
する一方の曲率電極チツプ側で前記銅素材導電片
を加圧し、またクロム銅合金材質よりなるその加
圧部を平面状に形成する他の平面状電極チツプ側
で前記鉄ニツケル合金素材導電片を加圧すること
により、スポツト溶接機により前記両電極チツプ
間に加圧力を加えた時点で銅素材導電片を曲率電
極チツプの曲率に応じて変形させ、さらに前記両
電極チツプ間に加圧力を加えたまま溶接電流を流
すことにより、銅素材導電片と鉄ニツケル合金素
材導電片の間の前記めつき層を溶融除去し、直接
銅―鉄の安定した金属間鋳造組織を形成すること
を特徴とするもので、接合後にめつき層が損傷さ
れずに残存する鉄ニツケル合金素材を、他の電子
部品又は回路基板等にはんだ付等により接合可能
にしているため、改めてはんだめつき等を行つて
はんだ等のめつき層を形成する必要もないから、
めつき工程で形状とか寸法精度が狂うこともな
く、直ちにはんだ付等を行うことができる。 また前記接合した鉄ニツケル合金素材と、はん
だ付等により接合される他の電子部品又は回路基
板等は線膨張係数が近似した値であるため、冷熱
サイクル下であつても、はんだ接合部の接合強度
が低下したり劣化したりしないから、信頼性ある
電子部品用の導電片を形成するために必要な異種
金属の強固な接合方法を提供することができる等
の優れた効果がある。 さらに、本発明方法は、異種金属であるため強
固に溶接することが困難な銅素材導電片と鉄ニツ
ケル合金素材導電片との間に錫若しくははんだめ
つき層を介在させているから、該中間めつき層で
の抵抗発熱による局部的温度上昇により、該めつ
き層を溶融除去するとともに、銅素材と鉄ニツケ
ル合金素材を局部的に溶融して直接銅―鉄の安定
した鋳造組織即ちナゲツトを形成し強固に接合す
ることができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の実施例を例示し第１図はコ
ンデンサ式スポツト溶接機の概要図、第２図は接
合する異種金属を例示した概要断面図、第３図は
溶接接合部の拡大断面図、第４図は溶接強度の計
測方法を示した説明図、第５図は残存銅ナゲツト
径の求め方を示した説明図、第６図は加圧力と電
流値の関係により接合可能域を示した図である。 １…上部電極チツプ、２…下部電極チツプ、１
１…銅素材、１２…42ニツケル合金素材、１３…
めつき層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子部品の導電片用異種金属としての銅素材
   導電片と鉄ニツケル合金素材導電片とに予め錫若
   しくははんだめつき層を施した後、タングステン
   及び銀タングステン等の高融点材質よりなる先端
   加圧部を一定の曲率で凸曲面に形成する一方の曲
   率電極チツプ側で前記銅素材導電片を加圧し、ま
   たクロム銅合金材質よりなりその加圧部を平面状
   に形成する他方の平面状電極チツプ側で前記鉄ニ
   ツケル合金素材導電片を加圧することにより、ス
   ポツト溶接機により前記両電極チツプ間に加圧力
   を加えた時点で銅素材導電片を曲率電極チツプの
   曲率に応じて変形させ、さらに前記両電極チツプ
   間に加圧力を加えたまま溶接電流を流すことによ
   り、銅素材導電片と鉄ニツケル合金素材導電片の
   間の前記めつき層を溶融除去し、直接銅―鉄の安
   定した金属間鋳造組織を形成することを特徴とす
   る電子部品の導電片用異種金属接合方法。