JPS6224189B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属表面を拡散結合する方法、特に変
形性（compliant）金属表面を、表面に凹凸
（irregularity）のある金属表面に熱圧縮拡散結合
する方法の改良に関する。

金属表面を互に拡散結合により接着する場合、
結合をできるだけ低い温度で行うのが望ましいこ
とが多い。その一例は、構造化銅（structured
copper：銅のほぼ真直なフイラメント状ストラ
ンドを密に充填した束）を金属箔に熱圧縮拡散結
合する場合である。構造化銅を高い温度で結合す
ると、構造化銅の個々のストランドが互に結合す
る傾向がある。ストランド同志が結合すると、ス
トランドは温度変化に従つて個別に膨張したり縮
小したりする自由さを失ない、かくして構造化銅
の望ましい応力除去特性が失なわれる。

しかし、相互に結合すべき表面が相対的に平坦
でないと、この拡散結合に空隙または未結合部が
生じる。構造化銅はその固有の性質として変形し
やすいので、構造化銅のデイスクの表面を平坦に
するのは困難である。構造化銅デイスクにその表
面を研削することにより平坦な表面を与えること
ができるが、このような手段はかなり経費を要す
る。構造化銅と金属箔との間の拡散結合に空隙ま
たは未結合部ができるのは、結合過程で構造化銅
の結合面を平坦にできないか、構造化銅の表面輪
郭の凹凸または不規則を補償できない場合であ
る。熱圧縮拡散結合から空隙をなくすことによ
り、優れた電気的および熱的性能を実現できるこ
とは当業者にとつて明らかである。

簡潔に説明すると、本発明によれば、比較的平
坦な互に反対側の表面を有する第１変形性金属部
材を比較的平坦だが凹凸を含む互いに反対側の表
面を有する第２金属部材に熱圧縮拡散結合する方
法において、第１金属部材の互に反対側の表面の
一方を第２金属部材の片側表面とほゞ当接状態に
配属する。さらに、非反応性圧密性（圧縮時に粉
砕されて流動性のある粒子になり、前述の表面の
凹凸に順応するように粒子が再分配（形を変え
る）される）材料の層を第１金属部材の他の表面
の上にかつこれと接触させて配置する。このよう
に当接した圧密性材料層および金属部材を不活性
雰囲気で囲む。このように当接した金属部材に加
重を加えてこれらを相互に高圧下で押圧するとと
もに、金属部材を300〜400℃の範囲の温度に加熱
する。この結果、圧密性材料が第１変形性金属部
材を圧密し、第２金属部材の凹凸表面輪郭に順応
させ、かくして２つの金属部材間に均一なほゞ空
隙のない熱圧縮拡散結合を形成する。

本発明の方法を一層具体的に説明するために、
以下に図面を参照しながら本発明を説明する。

本発明は金属表面を互に熱圧縮拡散結合する方
法を改良するものである。第１図は従来の熱圧縮
拡散結合形成方法に用いられる拡散結合プレス１
０を示す。この拡散結合プレス１０は金属上板１
２およびこれから離間しかつ平行に配向された金
属下板１４を有する。上板１２の下板１４と向か
い合う側の中心に金属加圧ブロツク１６を配置す
る。金属ボルト１８および２０を上板１２および
下板１４の孔に挿通し、下板１４に螺合して第１
図に示す通りに２枚の板を相互連結する。

金属ボルト１８および２０をステンレス鋼以外
の鋼から形成し、上板１２、下板１４および加圧
用金属ブロツク１６をステンレス鋼からつくる。
構造化銅デイスク２２と変形性金属部材、例えば
薄い金属シートまたは箔２４との間に熱圧縮拡散
結合を達成するために、第１図に示すように金属
箔２４を構造化銅デイスク２２の上表面と接触状
態に配置し、デイスク２２および箔２４の組立体
をプレス１０の加圧用金属ブロツク１６と下板１
４との間に入れる必要がある。ここで用語「変形
性（compliant）」は変形され得る比較的薄い金属
部材を形容するものとする。普通のプレスを用い
て上板１２と下板１４を互に押圧し、これらに圧
力を加えている間にボルト１８および２０を締付
ける。

構造化銅デイスク２２と金属箔２４との熱圧縮
拡散結合を実際に形成するには、このデイスクと
箔の組立体をはさんだプレス１０を不活性雰囲気
中に入れ、300〜400℃の範囲内の温度、代表的に
は350℃に約15分〜５時間加熱する。プレス１０
をこのように加熱すると、上板１２、下板１４お
よび加圧用金属ブロツク１６は、全体として金属
ボルト１８および２０より大きく膨脹する。従つ
て、加圧用ブロツク１６と下板１４との間に力が
発揮され、金属箔２４および構造化銅デイスク２
２を互に押付けて両者の熱圧縮拡散結合を達成す
る。拡散結合された構造化銅デイスク２２および
金属箔２４をプレス１０から取出す。構造化銅デ
イスク２２を囲んでこのデイスクに金属箔との結
合前の構造的一体性を与える保持リング２６を構
造化銅デイスク２２から取外し、そしてばらの銅
ストランドがあればこれを除く。このようにして
第３図に示すストレインバツフア２０（後述）と
同様の外観を有する構造化銅ストレインバツフア
を得る。

上述した拡散結合方法およびプレスを用いる場
合、互に結合すべき金属部材の表面を平坦で、互
に平行でかつ下板１４および加圧ブロツク１６に
平行にすることが重要である。構造化銅は変形し
やすいので、構造化銅のデイスクの表面を平坦に
するのは難しい。代表的には、構造化銅のデイス
クまたは他の幾何形状体は厚さ方向に約１〜３ミ
ル（25.4〜76.2μ）の表面凹凸を有する。不規則
表面を有する構造化銅部材と金属箔のような変形
成金属部材との間に熱圧縮拡散結合を形成しよう
とすると、このよう表面の不規則性または凹凸の
結果、拡散結合に直径的２cmのように大きな非結
合部または空隙が生じる。かゝる空隙が生じるの
は、金属箔２４と接触する加圧ブロツク１６の平
坦な剛固な表面が、拡散結合を形成しようとする
構造化銅デイスク表面の凹凸部に金属箔２４をそ
れだけでは押込むことができないからである。か
くして金属箔２４は、構造化銅デイスク２２の結
合表面の輪郭と完全に合致する状態に圧入されな
い。さらに上述したプレスおよび方法を用いて変
形性金属部材を表面の不規則な金属部材に拡散結
合すると、変形性金属部材（例えば金属箔２４）
が加圧ブロツク１６に接着する望ましくない結果
が生じることもある。このような接着が起るの
は、変形性金属部材が加圧ブロツク１６に拡散結
合し始めるからである。

上述した２つの問題を本発明の改良された熱圧
縮拡散結合によつて解決することができる。

第２図に、相互に結合すべき金属部材を装填し
た本発明に係わる拡散結合プレスを示す。このプ
レスは機能および構造を含めてほとんどの点で第
１図のプレスと類似しているが、本発明によれば
非反応性圧密性材料の層３０を加圧ブロツク１６
と金属箔２４との間に介在させ、しかる後荷重を
加えて変形性金属箔２４と不規則表面を有する構
造化銅部材とを互に押圧する。ここで用語「非反
応性」は、その材料が直接金属に結合しないとい
う意味で化学的に不活性であることを示すものと
する。

圧密性材料層３０は、ガラスウール（例えば米
国のフイツシヤ・サイエンテイフイツク社
Fisher Scientific Companyから市販されている
ガラス繊維紙）または他の同様の圧密性材料か
ら形成することができる。圧密性材料層３０がガ
ラスウールである場合に第２図の拡散結合プレス
１０を上記方法に従つて加熱すると、膨脹の差に
基づく力によりガラスウール層３０が圧搾され、
圧縮状態で粉砕される。この圧縮の結果、ガラス
粉末が生じ、その粒子は再分配され、金属箔２４
を押してこの箔を構造化銅デイスク２２の表面の
凹凸に順応させる。従つて金属箔２４のほゞ全表
面が、構造化銅デイスク２２の隣接表面に接触す
るよう押圧され、後者にほゞ空隙なしの状態で熱
圧縮拡散結合される。この改良された熱圧縮拡散
結合方法により得られる構造体を第３図に構造化
銅ストレインバツフア２０として示す。第３図の
バツフア２０は保持リング２６を外し、ばらの銅
ストランドを除いた後の状態である。

前述したように、圧密性材料層３０は小さなガ
ラス粒子をプレスして形成されたガラスウールか
ら形成することができる。ガラスウールの厚さは
代表的には約10ミル（0.25mm）である。この程度
の厚さのガラスウールを用いることにより、約１
〜３ミルまでの表面凹凸を有する構造化銅デイス
ク２２に金属箔２４をほゞ空隙なしの状態で拡散
結合することができる。表面凹凸が３ミルを越え
る場合にはガラスウールを複数層使用して空隙の
ない拡散結合を得ることができる。一般にガラス
ウールの厚さは、構造化銅デイスク２２の表面凹
凸の大きさに従つて、約５〜20ミル（0.13〜
0.15／mm）の範囲である。

圧密性材料層３０は非反応性であるので、この
熱圧縮拡散結合過程の圧力を加えられても、層３
０は加圧用ブロツク１６や金属箔２４に接着せ
ず、従つて金属箔２４が加圧用ブロツク１６にく
つつくのを防止する。層３０用のガラスウールは
安価で容易に入手できる。

実際に行う場合、層３０と同様のガラスウール
層を構造化銅デイスク２２と下板１４との間にも
はさみ、しかる後荷重を加える。このようにすれ
ば構造化銅デイスク２２が下板１４に結合しこれ
に接着する不都合な事態を防止できる。

第４図に示す拡散結合プレス１０は、金属箔２
４と構造化銅デイスク２２の上面との間に熱圧縮
拡散結合を形成するとともに、金属箔３４と構造
化銅デイスク２２の下面との間にも熱圧縮拡散結
合を形成するように構成されている。構造化銅デ
イスク２２の上下面それぞれに別々の金属箔を拡
散結合することにより、第５図に示す構造化銅ス
トレインバツフア３０の構造的一体性を増すこと
ができる。

上記２つの拡散結合を達成する方法は、下記の
点を除いては、金属箔２４と構造化銅デイスク２
２との間の拡散結合を形成した前述の方法と同じ
である。本例では、荷重を加える前に、第４図に
示すように変形性材料層、例えば金属箔３４を構
造化銅デイスク２２の下面と接触させて配置す
る。層３０と同様の圧密性材料層４０を金属箔３
４と下板１４との間にかつこれらと接触させて配
置する。以下の工程は前記と同様に行う。

上述した通り、本発明によれば変形性金属部材
と表面が凹凸な構造化銅デイスクとの間に熱圧縮
拡散結合を形成するのに、圧密性材料層を用い、
これにより加圧下の変形性金属部材を表面凹凸に
順応させ、均一な実質的に空隙のない拡散結合を
形成する。本発明の方法を適用する対象は構造化
銅部材、金属箔部材および圧密性材料層の特定の
幾何形状に限定されず、例えば上述したデイスク
形状は１例にすぎない。他の幾何形状、例えば正
方形、三角形などの構造体を代りに用いることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の拡散結合方法に用いられる熱圧
縮拡散結合用プレスの断面図、第２図は本発明の
方法における熱圧縮拡散結合用プレスの断面図、
第３図は片側に金属箔が熱圧縮拡散結合された構
造化銅デイスク断面図、第４図は本発明の方法に
おいて圧密性材料の層を２層配置した拡散結合用
プレスの断面図、および第５図は上下両面に金属
箔が熱圧縮拡散結合された構造化銅デイスクの断
面図である。 １０…プレス、１２…上板、１４…下板、１６
…加圧用ブロツク、１８，２０…ボルト、２２…
構造化銅デイスク、２４…金属箔、２６…保持リ
ング、３０…圧密性材料層、３４…金属箔、４０
…圧密性材料層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的平坦な互に反対側の第１および第２表
   面を有する第１変形性金属部材を比較的平坦だが
   表面凹凸を有する互に反対側の表面を有する第２
   金属部材に熱圧縮拡散結合するにあたり、前記第
   １変形性金属部材の第２表面を前記第２金属部材
   の片側表面と実質的に接触させて配置し、該配置
   された金属部材を不活性雰囲気で囲み、前記配置
   された金属部材に荷重を加えて相互に高圧力で押
   圧し、前記配置された金属部材が相互に押圧され
   ている間に該金属部材を加熱する方法において、
   圧縮時に粉砕されて流動性のある粒子になり前記
   表面の凹凸に順応するように粒子が再分配される
   非反応性圧密性材料の層を前記第１変形性金属部
   材の第１表面の上にかつこれと接触させて配置
   し、該非反応性圧密性材料の層を介して前記荷重
   を加えて、第１変形性金属部材と第２金属部材の
   間に均一な実質的に空隙のない熱圧縮拡散結合を
   形成することを特徴とする熱圧縮拡散結合法。 ２ 前記第１変形性金属部材が第１金属シートか
   らなり、さらに、第２金属シートを前記第２金属
   部材の他側表面に熱圧縮拡散結合するために、前
   記第２金属シートの第１表面を前記第２金属部材
   の他側表面と実質的に接触させて配置し、非反応
   性圧密性材料の層をさらに前記第２金属シートの
   第２表面の下にかつこれと実質的に接触させて配
   置してから荷重を加え、かくして前記第２金属部
   材と第１および第２金属シートとの間に均一な実
   質的に空隙のない熱圧縮拡散結合を形成する特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 第１変形性金属部材を金属箔とする特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記第１および第２金属シートを金属箔とす
   る特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５ 前記第２金属部材を構造化銅とする特許請求
   の範囲第１項または第４項に記載の方法。 ６ 前記圧密性材料をガラスウールとする特許請
   求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の
   方法。 ７ 前記圧密性材料を厚さ５〜20ミル（130〜510
   μ）の範囲内とする特許請求の範囲第１項〜第６
   項のいずれか１項に記載の方法。 ８ 前記配置された金属部材を加熱する温度が
   300〜400℃である特許請求の範囲第１項〜第７項
   のいずれかに記載の方法。 ９ 加熱工程の結果としてプレスによつて発生す
   る高圧が140〜350Kg／cm²（20000〜50000psi）の
   範囲にある特許請求の範囲第１項〜第８項のいず
   れかに記載の方法。 １０ 比較的平坦な互に反対側の第１および第２
   表面を有する第１変形性金属部材を比較的平坦だ
   が表面凹凸を有する互に反対側の表面を有する第
   ２金属部材に熱圧縮拡散結合するにあたり、前記
   第１変形性金属部材の第２表面を前記第２金属部
   材の片側表面と実質的に接触させて配置し、該配
   置された金属部材を不活性雰囲気で囲み、前記配
   置された金属部材にに荷重を加えて相互に高圧力
   で押圧し、前記配置された金属部材が相互に押圧
   されている間に該金属部材を加熱する方法におい
   て、圧縮時に粉砕されて流動性のある粒子になり
   前記表面の凹凸に順応するように粒子が再分配さ
   れる非反応性圧密性材料の層を前記第１変形性金
   属部材の第１表面の上にかつこれと接触させて配
   置すると共に、前記第２金属部材の他側表面の下
   にかつこれと接触させて配置して、これら非反応
   性圧密材料の層を介して前記荷重を加えて第１変
   形金属部材と、第２金属部材の間に均一な実質的
   に空隙のない熱圧縮拡散結合を形成することを特
   徴とする熱圧縮拡散結合法。 １１ 前記第１変形性金属部材を金属箔とする特
   許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２ 前記第２金属部材を構造化銅とする特許請
   求の範囲第１０項または第１１項に記載の方法。 １３ 前記圧密性材料をガラスウールとする特許
   請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に
   記載の方法。 １４ 前記圧密性材料を厚さ５〜20ミル（130〜
   510μ）の範囲内とする特許請求の範囲第１０項
   〜第１３項のいずれか１項に記載の方法。 １５ 前記配置された金属部材を加熱する温度が
   300〜400℃である特許請求の範囲第１０項〜第１
   ４項のいずれかに記載の方法。 １６ 加熱工程の結果としてプレスによつて発生
   する高圧が140〜350Kg／cm²（20000〜50000psi）
   の範囲にある特許請求の範囲第１０項〜第１５項
   のいずれかに記載の方法。