JPH0796378A - 接合方法 - Google Patents
接合方法Info
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- JPH0796378A JPH0796378A JP26400393A JP26400393A JPH0796378A JP H0796378 A JPH0796378 A JP H0796378A JP 26400393 A JP26400393 A JP 26400393A JP 26400393 A JP26400393 A JP 26400393A JP H0796378 A JPH0796378 A JP H0796378A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオン照射により材料内に注入されたイオン
による元素を取り除き、清浄化を維持しながら、接合面
の材料特性を回復させて接合性を改善する。さらに、接
合に適用される金属接合材料を従来のAlやPbや半田等の
みならずCu、Ni、Fe、Zn等の任意の金属に拡大する。 【構成】 金属と金属、もしくは金属とセラミックスか
らなる接合材料の接合面をイオン若しくは中性原子で照
射して清浄化した後、その照射した接合材料を接合材料
の融点（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）に加熱処理した
後、拡散接合もしくは常温接合する。
による元素を取り除き、清浄化を維持しながら、接合面
の材料特性を回復させて接合性を改善する。さらに、接
合に適用される金属接合材料を従来のAlやPbや半田等の
みならずCu、Ni、Fe、Zn等の任意の金属に拡大する。 【構成】 金属と金属、もしくは金属とセラミックスか
らなる接合材料の接合面をイオン若しくは中性原子で照
射して清浄化した後、その照射した接合材料を接合材料
の融点（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）に加熱処理した
後、拡散接合もしくは常温接合する。
Description
【産業上の利用分野】この発明は、金属と金属、もしく
は金属とセラミックスからなる接合材料の新しい接合方
法に関するものである。
は金属とセラミックスからなる接合材料の新しい接合方
法に関するものである。
【従来の技術とその課題】従来、精密な部品の組立など
における、金属と金属の接合、あるいは金属とセラミッ
クスの接合に際しては、拡散接合あるいは常温接合が適
用されることが多い。この場合の拡散接合は、接合する
材料を密着させ、母材の融点以下の温度条件で塑性変形
ができるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じ
る原子の拡散を利用して接合する方法であり、常温接合
は、常温で材料に大きな塑性変形を与えて接合する方法
である。この拡散接合および常温接合については、接合
する面の表面皮膜がその接合を妨げることから、接合面
の清浄化法や清浄面を維持するための方法が検討されて
おり、たとえば接合面を清浄化する目的で、接合面間に
超音波を照射する方法や、接合面間に摩擦を与える方
法、あるいは接合面にアルゴンイオンなどを照射する方
法などが試みられている。特に、接合面にアルゴンイオ
ンを照射してから接合する方法はよく試みられ、たとえ
ば、「溶接技術」1989.5、P.74、河野顕臣他２名：低温
接合技術の開発、「日本金属学会誌」55(1991)、P.100
2、高橋裕他５名：Al/Al 常温接合体組織的、機械的及
び電気特性に及ぼす接合環境の影響、「先進実装研究委
員会、第６回報告書」加柴良裕他１名：金属の常温接
合、など各種の報告がある。しかしながら、これらの報
告から明らかであるように、いずれもアルゴンイオン照
射により接合が容易となるが、接合する材料は融点の低
い金属材料に限定されるという問題がある。また、アル
ミニウムの接合においては接合部の性能が不安定である
ことが知られている。そこで、この発明は、以上の従来
技術の欠点を解消し、アルゴンイオン照射法の特徴を生
かしつつ、対象とする接合材料が従来のAlやPbや半田等
低融点材料に限定されることなく、難接合材料とされて
きた任意の材料であっても高強度に接合することを可能
とする新しい方法を提供することを目的としている。
における、金属と金属の接合、あるいは金属とセラミッ
クスの接合に際しては、拡散接合あるいは常温接合が適
用されることが多い。この場合の拡散接合は、接合する
材料を密着させ、母材の融点以下の温度条件で塑性変形
ができるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じ
る原子の拡散を利用して接合する方法であり、常温接合
は、常温で材料に大きな塑性変形を与えて接合する方法
である。この拡散接合および常温接合については、接合
する面の表面皮膜がその接合を妨げることから、接合面
の清浄化法や清浄面を維持するための方法が検討されて
おり、たとえば接合面を清浄化する目的で、接合面間に
超音波を照射する方法や、接合面間に摩擦を与える方
法、あるいは接合面にアルゴンイオンなどを照射する方
法などが試みられている。特に、接合面にアルゴンイオ
ンを照射してから接合する方法はよく試みられ、たとえ
ば、「溶接技術」1989.5、P.74、河野顕臣他２名：低温
接合技術の開発、「日本金属学会誌」55(1991)、P.100
2、高橋裕他５名：Al/Al 常温接合体組織的、機械的及
び電気特性に及ぼす接合環境の影響、「先進実装研究委
員会、第６回報告書」加柴良裕他１名：金属の常温接
合、など各種の報告がある。しかしながら、これらの報
告から明らかであるように、いずれもアルゴンイオン照
射により接合が容易となるが、接合する材料は融点の低
い金属材料に限定されるという問題がある。また、アル
ミニウムの接合においては接合部の性能が不安定である
ことが知られている。そこで、この発明は、以上の従来
技術の欠点を解消し、アルゴンイオン照射法の特徴を生
かしつつ、対象とする接合材料が従来のAlやPbや半田等
低融点材料に限定されることなく、難接合材料とされて
きた任意の材料であっても高強度に接合することを可能
とする新しい方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、金属と金属、もしくは金属とセ
ラミックスからなる接合材料の接合面をイオンもしくは
中性原子で照射して清浄化した後、接合材料の融点
（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）に加熱した後、拡散接
合もしくは常温接合することを特徴とする接合方法を提
供する。そしてこの発明は、照射した接合材料を接合材
料の融点（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）への加熱は10
-3Torr以上の高真空度雰囲気中で行うことや、照射する
イオンもしくは中性原子はAr、He、Ne等の不活性ガスも
しくはH2の水素ガスのイオンもしくは中性原子とするこ
とを好ましい態様としてもいる。
を解決するものとして、金属と金属、もしくは金属とセ
ラミックスからなる接合材料の接合面をイオンもしくは
中性原子で照射して清浄化した後、接合材料の融点
（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）に加熱した後、拡散接
合もしくは常温接合することを特徴とする接合方法を提
供する。そしてこの発明は、照射した接合材料を接合材
料の融点（Ｋ）の３０％以上の温度（Ｋ）への加熱は10
-3Torr以上の高真空度雰囲気中で行うことや、照射する
イオンもしくは中性原子はAr、He、Ne等の不活性ガスも
しくはH2の水素ガスのイオンもしくは中性原子とするこ
とを好ましい態様としてもいる。
【作用】この発明の方法においては、金属と金属、金属
とセラミックスからなる接合材料どうしを加熱・加圧し
て接合する拡散接合あるいは常温で加圧して接合する常
温接合の際に、接合を確実にするために、アルゴンイオ
ンなどの元素イオンあるいは元素の中性原子で接合面に
照射して衝突させて接合面の表面皮膜を取り除き、接合
面が清浄化される。ただ、この照射においては、接合面
の清浄化と同時に、イオンや中性原子の照射によって接
合面に照射された元素が注入され、その結果、接合面の
材質が変質し、接合が阻害されやすい。そこで、この発
明では、イオンや中性原子を照射した材料を真空中で加
熱し、接合面の清浄さを維持したまま注入された元素を
放出させて接合面の材料の特性を回復させる。この真空
中の加熱処理は注入された元素の拡散現象を利用するこ
とから、10-3Torr以上の高真空度雰囲気中で加熱温度
（Ｋ）は接合材料の融点（Tm：Ｋ）の３０％の温度（0.
3Tm ：Ｋ）以上とするのが特に好ましい。もちろん、よ
り低い圧力条件でも可能である。この加熱処理により特
性が回復した接合材料どうしの接合面を接触させて接合
させる。この結果、この発明においては、従来方法のア
ルゴンイオンを照射するものと異なり、アルゴンイオン
の他にAr、He、Ne等の不活性ガスもしくはH2の水素ガス
のイオンもしくは中性原子を照射することができる。ま
た、金属と金属、金属とセラミックスなどの接合に際
し、従来方法より強い接合部を得ることができ、さらに
従来方法より低い温度と、低い圧力での接合が可能とな
る。材料性能の劣化がなく接合できる。接合できる材料
も従来のAlやPbや半田の他に、Cu、Ni、Fe、Zn等の任意
の金属や合金セラミックスへと適用範囲が拡大され、特
に異種金属、異種材料の接合において反応層の形成がな
く接合できる。そして、品質のよい接合が得られる。
とセラミックスからなる接合材料どうしを加熱・加圧し
て接合する拡散接合あるいは常温で加圧して接合する常
温接合の際に、接合を確実にするために、アルゴンイオ
ンなどの元素イオンあるいは元素の中性原子で接合面に
照射して衝突させて接合面の表面皮膜を取り除き、接合
面が清浄化される。ただ、この照射においては、接合面
の清浄化と同時に、イオンや中性原子の照射によって接
合面に照射された元素が注入され、その結果、接合面の
材質が変質し、接合が阻害されやすい。そこで、この発
明では、イオンや中性原子を照射した材料を真空中で加
熱し、接合面の清浄さを維持したまま注入された元素を
放出させて接合面の材料の特性を回復させる。この真空
中の加熱処理は注入された元素の拡散現象を利用するこ
とから、10-3Torr以上の高真空度雰囲気中で加熱温度
（Ｋ）は接合材料の融点（Tm：Ｋ）の３０％の温度（0.
3Tm ：Ｋ）以上とするのが特に好ましい。もちろん、よ
り低い圧力条件でも可能である。この加熱処理により特
性が回復した接合材料どうしの接合面を接触させて接合
させる。この結果、この発明においては、従来方法のア
ルゴンイオンを照射するものと異なり、アルゴンイオン
の他にAr、He、Ne等の不活性ガスもしくはH2の水素ガス
のイオンもしくは中性原子を照射することができる。ま
た、金属と金属、金属とセラミックスなどの接合に際
し、従来方法より強い接合部を得ることができ、さらに
従来方法より低い温度と、低い圧力での接合が可能とな
る。材料性能の劣化がなく接合できる。接合できる材料
も従来のAlやPbや半田の他に、Cu、Ni、Fe、Zn等の任意
の金属や合金セラミックスへと適用範囲が拡大され、特
に異種金属、異種材料の接合において反応層の形成がな
く接合できる。そして、品質のよい接合が得られる。
【実施例】実施例 １ 接合材料には無酸素銅を使用し、照射ガス元素としてア
ルゴンを使用した。照射時間を２時間に一定として、照
射する際のアルゴンイオンのエネルギーは、加速電圧
（０．５〜５ｋＶ）によって制御した。照射した接合面
の清浄度をオージェ分析装置で、照射した材料を真空中
で加熱（２００℃、１０分間）した際のアルゴンの放出
の有無を質量分析器で分析した。加速電圧が０．５ｋＶ
では、接合材料の接合面の表面皮膜の構成元素、酸素、
炭素を完全に取り除くことは難しかったが、１ｋＶ以上
では接合面上の表面皮膜を完全に取り除くことができる
ことが確認された。ただ、この状態では表面には照射さ
れたアルゴンが検出され、表面はアルゴンで汚染されて
いた。そこで、さらに、アルゴン照射材料を加熱すると
表面からアルゴンが放出され、その表面にはアルゴンは
検出されなかった。実施例 ２ 接合材料に直径１２cmの無酸素銅を使用し、照射ガス元
素としてアルゴンを使用した。イオン照射条件として、
加速電圧：５kV、照射時間：２ｈで無酸素銅接合材料を
イオン照射した。イオン照射後に接合材料を２００℃で
５分間加熱した後、接合温度：３００℃、接合圧力：２
０MPa 、接合時間：１min で接合を行った。この結果、
表１に示した通り、無酸素銅は接合した。比較例 １ イオン照射後の加熱は行わずに、他は実施例１と同一条
件にして接合を行った。実施例２と異なり、無酸素銅は
接合しなかった。
ルゴンを使用した。照射時間を２時間に一定として、照
射する際のアルゴンイオンのエネルギーは、加速電圧
（０．５〜５ｋＶ）によって制御した。照射した接合面
の清浄度をオージェ分析装置で、照射した材料を真空中
で加熱（２００℃、１０分間）した際のアルゴンの放出
の有無を質量分析器で分析した。加速電圧が０．５ｋＶ
では、接合材料の接合面の表面皮膜の構成元素、酸素、
炭素を完全に取り除くことは難しかったが、１ｋＶ以上
では接合面上の表面皮膜を完全に取り除くことができる
ことが確認された。ただ、この状態では表面には照射さ
れたアルゴンが検出され、表面はアルゴンで汚染されて
いた。そこで、さらに、アルゴン照射材料を加熱すると
表面からアルゴンが放出され、その表面にはアルゴンは
検出されなかった。実施例 ２ 接合材料に直径１２cmの無酸素銅を使用し、照射ガス元
素としてアルゴンを使用した。イオン照射条件として、
加速電圧：５kV、照射時間：２ｈで無酸素銅接合材料を
イオン照射した。イオン照射後に接合材料を２００℃で
５分間加熱した後、接合温度：３００℃、接合圧力：２
０MPa 、接合時間：１min で接合を行った。この結果、
表１に示した通り、無酸素銅は接合した。比較例 １ イオン照射後の加熱は行わずに、他は実施例１と同一条
件にして接合を行った。実施例２と異なり、無酸素銅は
接合しなかった。
【表１】 表１に見られるとおり、イオン照射してそのまま接合を
行っても、接合しなかった無酸素銅（比較例１）が、実
施例２のように、イオン照射後、加熱することによっ
て、接合された。実施例 ３ 接合材料には直径１２cmのアルミニウムを使用し、照射
ガス元素としてアルゴンを使用した。イオン照射条件と
して、加速電圧：５kV、照射時間：２ｈでアルミニウム
接合材料をイオン照射した。イオン照射後に接合材料を
１００℃で５分間加熱した後、接合温度：３０℃、接合
圧力：２０MPa 、接合時間：１min で接合を行った。こ
の結果、表２に示した通り、アルミニウムは接合した。実施例 ４ 加熱温度１５０℃、加熱時間３分とする以外は、実施例
３と全く同じ接合条件で接合を行った。実施例３と同様
にアルミニウムは接合した。比較例 ２ イオン照射後の加熱は行わないで、他は実施例３と同一
条件にして接合を行った。アルミニウムは接合しなかっ
た。比較例 ３ 比較例２と全く同じ接合材料、同じ条件で接合を行っ
た。アルミニウムは接合した。しかし、状態は不安定
で、容易に破断した。
行っても、接合しなかった無酸素銅（比較例１）が、実
施例２のように、イオン照射後、加熱することによっ
て、接合された。実施例 ３ 接合材料には直径１２cmのアルミニウムを使用し、照射
ガス元素としてアルゴンを使用した。イオン照射条件と
して、加速電圧：５kV、照射時間：２ｈでアルミニウム
接合材料をイオン照射した。イオン照射後に接合材料を
１００℃で５分間加熱した後、接合温度：３０℃、接合
圧力：２０MPa 、接合時間：１min で接合を行った。こ
の結果、表２に示した通り、アルミニウムは接合した。実施例 ４ 加熱温度１５０℃、加熱時間３分とする以外は、実施例
３と全く同じ接合条件で接合を行った。実施例３と同様
にアルミニウムは接合した。比較例 ２ イオン照射後の加熱は行わないで、他は実施例３と同一
条件にして接合を行った。アルミニウムは接合しなかっ
た。比較例 ３ 比較例２と全く同じ接合材料、同じ条件で接合を行っ
た。アルミニウムは接合した。しかし、状態は不安定
で、容易に破断した。
【表２】 表２の比較例２〜３に見られるとおり、イオン照射後に
加熱処理を行わないで、直接そのまま接合を行っても、
イオン照射したアルミニウムは接合しなかった。しか
し、実施例３および実施例４のようにイオン照射後加熱
することによって、アルミニウムは接合した。
加熱処理を行わないで、直接そのまま接合を行っても、
イオン照射したアルミニウムは接合しなかった。しか
し、実施例３および実施例４のようにイオン照射後加熱
することによって、アルミニウムは接合した。
【発明の効果】この発明により、接合する材料の表面を
イオンまたは中性原子を照射して接合表面の構成皮膜を
取り除き接合面を清浄化した後、さらに真空中で加熱処
理をすることにより、イオン照射または中性原子照射に
より接合表面に注入された照射したイオンまたは中性原
子の元素を、接合表面から放出させて、接合面の清浄化
を維持したまま変質していた接合面の材質を回復させ
て、従来法では接合しなかつたり、接合しにくかった金
属と金属、あるいは金属とセラミックスの接合を容易、
かつ確実なものとする。この結果、従来のものに比して
接合品質のよい接合が得られる。さらに、適応できる接
合材料もAlやPbや半田などからCu、Ni、Fe、Znなど任意
の接合材料に範囲を拡大し得ると共に、また、照射でき
るイオン又は中性原子の元素の種類も、従来のArに限ら
ず、He、Ne等の希ガス( 不活性ガス)やH2等の水素ガス
に適用範囲を拡大することができる。
イオンまたは中性原子を照射して接合表面の構成皮膜を
取り除き接合面を清浄化した後、さらに真空中で加熱処
理をすることにより、イオン照射または中性原子照射に
より接合表面に注入された照射したイオンまたは中性原
子の元素を、接合表面から放出させて、接合面の清浄化
を維持したまま変質していた接合面の材質を回復させ
て、従来法では接合しなかつたり、接合しにくかった金
属と金属、あるいは金属とセラミックスの接合を容易、
かつ確実なものとする。この結果、従来のものに比して
接合品質のよい接合が得られる。さらに、適応できる接
合材料もAlやPbや半田などからCu、Ni、Fe、Znなど任意
の接合材料に範囲を拡大し得ると共に、また、照射でき
るイオン又は中性原子の元素の種類も、従来のArに限ら
ず、He、Ne等の希ガス( 不活性ガス)やH2等の水素ガス
に適用範囲を拡大することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 金属と金属、もしくは金属とセラミック
スからなる接合材料の接合面をイオンもしくは中性原子
で照射して清浄化した後、接合材料の融点（Ｋ）の３０
％以上の温度（Ｋ）に加熱した後、拡散接合若しくは常
温接合することを特徴とする接合方法。 - 【請求項２】 10-3Torr以上の高真空度雰囲気中で加熱
する請求項１の接合方法。 - 【請求項３】 イオンもしくは中性原子がAr、He、Ne等
の不活性ガスもしくはH2の水素ガスのイオンもしくは中
性原子である請求項１または請求項２の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26400393A JPH089108B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26400393A JPH089108B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0796378A true JPH0796378A (ja) | 1995-04-11 |
| JPH089108B2 JPH089108B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=17397202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26400393A Expired - Lifetime JPH089108B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH089108B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19541976A1 (de) * | 1995-11-10 | 1997-05-15 | Ego Elektro Blanc & Fischer | Elektrische Schaltung |
| EP1090891A1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-04-11 | Toyo Kohan Co., Ltd | Method of manufacturing metal foil/ceramics joining material and metal foil laminated ceramic substrate |
| WO2007139152A1 (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 常温接合によるデバイス、デバイス製造方法ならびに常温接合装置 |
| WO2010098234A1 (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | 三菱重工業株式会社 | ウェハ接合装置およびウェハ接合方法 |
| WO2011108587A1 (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | 昭和電工株式会社 | 炭化珪素種結晶の固定方法及び炭化珪素単結晶の製造方法 |
| WO2013133320A1 (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 株式会社ニコン | 積層圧電素子及びその製造方法 |
| US8602289B2 (en) | 2006-09-06 | 2013-12-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Room temperature bonding using sputtering |
-
1993
- 1993-09-29 JP JP26400393A patent/JPH089108B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5831214A (en) * | 1995-11-10 | 1998-11-03 | E.G.O. Elektro-Geratebau Gmbh | Electrical circuit |
| DE19541976A1 (de) * | 1995-11-10 | 1997-05-15 | Ego Elektro Blanc & Fischer | Elektrische Schaltung |
| EP1090891A1 (en) * | 1998-05-13 | 2001-04-11 | Toyo Kohan Co., Ltd | Method of manufacturing metal foil/ceramics joining material and metal foil laminated ceramic substrate |
| EP1090891A4 (en) * | 1998-05-13 | 2004-07-21 | Toyo Kohan Co Ltd | METHOD FOR MANUFACTURING METAL / CERAMIC SHEET JUNCTION MATERIAL AND CERAMIC SUBSTRATE COVERED WITH METAL SHEET |
| KR100664520B1 (ko) * | 1998-05-13 | 2007-01-03 | 도요 고한 가부시키가이샤 | 금속박/세라믹 접합재의 제조방법 및 금속박적층 세라믹기판 |
| WO2007139152A1 (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 常温接合によるデバイス、デバイス製造方法ならびに常温接合装置 |
| US8602289B2 (en) | 2006-09-06 | 2013-12-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Room temperature bonding using sputtering |
| US8608048B2 (en) | 2006-09-06 | 2013-12-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Room-temperature bonding method and room-temperature bonding apparatus including sputtering |
| WO2010098234A1 (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | 三菱重工業株式会社 | ウェハ接合装置およびウェハ接合方法 |
| US20130000547A1 (en) * | 2010-03-05 | 2013-01-03 | Showa Denko K.K. | Method for fixing silicon carbide seed crystal and method for producing single crystal silicon carbide |
| JP2011184224A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Showa Denko Kk | 炭化珪素種結晶の固定方法及び炭化珪素単結晶の製造方法 |
| WO2011108587A1 (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | 昭和電工株式会社 | 炭化珪素種結晶の固定方法及び炭化珪素単結晶の製造方法 |
| WO2013133320A1 (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 株式会社ニコン | 積層圧電素子及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH089108B2 (ja) | 1996-01-31 |
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