JPS63194879A - インサ−ト材を用いる接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インサート材を用いる接合方法に係り、特に
金属やセラミックスなどを接合して多層構造体を形成す
るのに好適なインサート材を用いる接合方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 電子部品や光部品など金属やセラミックスなどからなる
多層構造体を接合によって作成する方法として、従来は
、後の工程になるに従い、順次融点の低いインサート材
を用いて接合する方法が採用されてきた。しかし、被接
合体の耐熱性、接合部強度、耐食性などの観点から、使
用可能なインサート材が制限されることが多く、多層構
造体における層の積み重ね数に限度があった。これに対
処する方法として、例えば特開昭５０−４４９４７号公
報記載のように、接合部の再溶融温度を接合温度よりも
高くする方法が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の従来技術では、接合される材料、すなわち被接合
材の母材をインサート材中に固溶させる必要があった。

電子部品や光部品など、微小な部品を多層に接合する際
には、母材がインサート材中に固溶することによって接
合部に痩せが生じ、それらの部品の性能や品質が劣化す
ることについて配慮されていなかった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、接合温度よりも高い再溶融温度を有する接
合部を得ることができ、同一接合温度下で、すでに接合
された部分を溶融させずに次の接合を行うことを、多数
回繰り返すことを可能とするインサート材を用いる接合
方法を提供することを、その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るインサート材
を用いる接合方法は、被接合材よりも融点が低く、かつ
、融点の異なる複数の金属。インサート材を組合わせる
ことにより構成した複合インサート材を被接合材間に配
置し、この複合インサート材の少なくとも１種類の金属
インサート材が溶融せず、他の少なくとも１種類の金属
インサート材が溶融する温度で接合部を加熱するように
している。

［作用コ 複合インサート材が加熱されると、この複合インサート
材を構成する複数の金属インサート材料のうち、融点が
加熱温度以下のものが溶融する。

この溶融した金属インサート材料（以下低融点インサー
ト材という）が被接合材と接している場合には、これと
反応し接合界面を形成する。同時に、低融点インサート
材と溶融していない金属インサート材料（以下高融点イ
ンサート材という）との間で固液相間の拡散が生じ、低
融点インサート材の組成が変化し、融点が上昇して等温
凝固する。

このとき、低融点インサート材の融点は接合温度よりも
高くなっているので、同一温度で保持し続けるか、ある
いは一度冷却して再度同一温度まで加熱しても接合部が
再溶融することはない。

ここで、本発明の原理を第１図を参照して説明する。

第１図は、本発明の詳細な説明する状態図である。

説明を簡単にするため、１つの低融点インサート材と高
融点インサート材との相互作用について述べる。

第１図では、低融点インサート材および高融点インサー
ト材を金属Ａ、Ｂの２元系合金としてＡ−８２元系状態
図を示しているが、相互に固溶するものであれば、低融
点インサート材あるいは高融点インサート材が純金属で
あってもよいし、また３元素以上の多元素合金であって
もよい。

第１図において、低融点インサート材の組成をＣ４とし
、この融点をＴ１とする。また、高融点インサート材の
組成を０２とし、この融点をＴ２とする。低融点インサ
ート材と高融点インサート材とを組み合わせてＴ１．Ｔ
、間の接合温度Ｔ、まで加熱し、その温度に保持すると
、溶融した低融点インサート材と溶融していない高融点
インサート材との間で固液相間の拡散が生じ、低融点イ
ンサート材の組成は、Ｃ１，Ｃ，間のＣ３となって融点
が接合温度Ｔ、より高くなった時点で等温凝固する。第
１図では、便宜上、組成Ｃ３，温度Ｔ、の点を固相線に
一致させているが、実際には凝固が完了した低融点イン
サート材の組成は、温度Ｔ３における固相線上の点より
もわずかに８元素が豊富な組成となっている。

接合部の再溶融温度を、その接合温度よりも高くするに
はこれで十分であるが、再溶融温度をさらに高めたい場
合には、低融点インサート材が等温凝固したのち、同一
温度でさらに加熱保持し続ければよい。この場合、低融
点インサート材および高融点インサート材の組成は、両
インサート材の質量比によって決まる組成Ｃ１に近づく
。そのときのインサート材再溶融温度はＴ４に近づく。

すなわち、加熱保持時間を延長することによって、Ｔ。

を上限として接合部の再溶融温度を上昇させることがで
きる。

［実施例コ 以下、本発明の各実施例を第２図ないし第８図を参照し
て説明する。

まず、第２図は、本発明の一実施例に係る接合方法を示
す略示断面図、第３図は、その接合に用いるインサート
材のＩｎ−３ｎＺ元状態図である。

本実施例は、被接合材として銅を、低融点インサート材
としてＩｎ−５ｎ（インジウム−すず）系合金箔、高融
点インサート材としてＳｎ（すず）箔を、それぞれ採用
した場合である。

第２図において、１は、銅製の被接合材、２は、低融点
インサート材で、厚さ４０μｍのＩｎ−８ｎ共晶合金（
融点約１２０℃）である。３は、高融点インサート材で
、厚さＱ、５ｍｍのＳｎ箔（融点約２３０℃）である。

４は、加熱用ヒータ、５およθ６は加圧用治具、７は炉
床であり、矢印８は、加圧力を示す。

第３図に、本実施例で複合インサート材に採用したＩｎ
−８ｎ２元系合金の状態図を示す。

次に、本実施例の複合インサート材を用いた接合方法の
手順を説明する。

加熱用ヒータ４によフて、低融点インサート材２のみが
溶融し高融点インサート材３が溶融しない温度範囲に加
熱し、低融点インサート材２を高融点インサート材３お
よび被接合材１と反応させる。そして、低融点インサー
ト材２が液相を有する状態で被接合材１の接合すべき面
を密着させるように加圧を行い、液相を排出させる。こ
れにより、接合部は数分後に等温凝固する。

加熱雰囲気は大気であるが、これを真空、水素ガス、あ
るいは不活性ガスとしてもよい。

さらに温度を保持し続ければ、低融点インサート材２中
のＩｎが高融点インサート材３中へ拡散することによっ
て減少し、低融点インサート材２の融点がさらに上昇す
る。等温凝固してからの温度保持時間は、接合部に要求
される再溶融温度に対して実験あるいは計算によって求
めればよい。

本実施例によれば、接合部よりも高い再溶融温度を有す
る接合部を得ることができるので、同一接合温度下で、
すでに接合された部分を溶融させずに次の接合を行うこ
とを、きわめて多数回繰り返すことができる。

なお、上記の実施例では、被接合材１を銅としたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、セラミックスで
もよい。セラミックスには、必要であればメタライズを
施しておいたり、接合面にフラックスを塗布したりすれ
ば接合効果がよい。

また、被接合材を加圧することが望ましくない場合は、
第２図に示す加圧治具５，６および加圧力８を省略して
もよい、加圧を省略する場合には、低融点インサート材
２が接合部に多量に残存するので、低融点インサート材
２が等温凝固するまでの時間が増大し、かつ接合部の再
溶融温度の上限値も低下することになる。

次に、複合インサート材の構成方法について第４図ない
し第７図を参照して説明する。

ここに第４図ないし第７図は、複合インサート材の構成
図である６図中、第２図で説明した各部材に相当する部
材は同一符号をもって示す。

第４図は、高融点インサート材３の両表面に、クラッド
、メッキ、あるいはイオンビームデポジションなどの手
法を用いて低融点インサート材２を取り付けた複合イン
サート材１０を予め作成しておき、この複合インサート
材１０を被接合材１の間に挿入する方法である。２箇所
の低融点インサート材２は同一組成でもよいし異なる組
成でもよい。

第５図は、被接合材１の接合面に、クラッド、メッキ、
あるいはイオンビームデポジションなどの手法を用いて
予め低融点インサート材２を配置し、これらの間に高融
点インサート材３を挿入する方法である。この場合も、
接合作業の結果からみて、第４図の方法と同様、高融点
インサート材３の両側に低融点インサート材２を配置し
積層する如き関係位置を構成する複合インサート材１０
′を被接合材１の間に介設して複合を行うことに相当す
る。

この場合、高融点インサート材３と低融点インサート材
２の位置を交換しても同様の効果が得られる。

第６図は、被接合材１の接合表面の一方に低融点インサ
ート材２を、他方に高融点インサート材３を前述の方法
で予め配置し、これらの間には何も挿入しない方法であ
る。この場合も、接合作業の結果からみて、低融点イン
サート材２および高融点インサート材３を積層する如き
関係位置を構成する複合インサート材１０′を被接合材
１の間に介設して接合を行うことに相当する。

第７図は、低融点インサート材および高融点インサート
材を粉末状とし、均一に混合して形成した複合インサー
ト材に係る粉末インサート材９を、被接合材１の間に挿
入する方法である。

これらの複合インサート材構成において、ここでは高融
点インサート材３は単一の組成を持ったものとしたが、
クラッドやメッキなどの手法により異なる組成のものを
組合せたものとしてもよい。

次に、本発明の他の実施例を第８図を参照して説明する
。

第８図は１本発明の他の実施例に係る接合方法を示す正
面図である。図中、第２図と同一符号のものは、先の実
施例と同等部分であるから、その説明を省略する。

第８図において、１１は、出カフＷ、周波数２５ｋＨｚ
の発信器、１２はホーン、１３は加振チップである。１
４は、銅製の被接合材で、寸法はφ１０×４ＩＩＩＩ１
１．１ｏは、厚さ０．５ｍのＳｎ箔の両面に厚さ４０μ
ｍの５０Ｉｎ−８ｎ合金箔を配置した直径１０＋＋ｎの
複合インサート材で、先の第４図の構成のものである。

１５は、被接合材１４と同寸法のアルミナ製の被接合材
である。

被接合材１４．１５間に複合インサート材１０を密着さ
せ、加熱用ヒータ４によってこれら接合部を１３０’Ｃ
に加熱する。複合インサート材１０中の接合面に接して
いる５０Ｉｎ−８ｎ合金が溶融したら、発信器１１を作
動させ、被接合材１４゜１５および複合インサート材１
０へ加振する。加振は３秒間行う。

この加振によって、被接合材１４．１５および複合イン
サート材１０の接合面上の汚染物が除去され、新生面が
露出することによって十分に反応が進行する。その後、
同一温度で一定時間保持することにより複合インサート
材１０を等温凝固させ、強固な接合部が得られる。

加振後ただちに接合部を加圧し、溶融した低融点インサ
ート材を排出すれば、複合インサート材１ｏが等温凝固
するまでの時間を短縮し、かつ、接合部の再溶融温度の
上限を高くすることができる。

第８図の実施例によれば、先の第２図の実施例と同様の
効果が期待できるほか、下記の効果がある。

すなわち、接合部へ加振することによって、接合面に形
成されている酸化膜が破れ、被接合材および複合インサ
ート材の新生面同士が接触するため１反応が十分に進行
するので、セラミックスにメタライズを施すことなく、
また腐食性物質であるフラックスを用いることなく、金
属やセラミックスを強固に接合することができる。した
がって。

接合におけるコストが低減されるとともに、接合部の腐
食防止を含めた信頼性が向上する効果がある。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、接合温度よりも高
い再溶融温度を有する接合部を得ることができ、同−接
合温度下で、すでに接合された部分を溶融させずに次の
接合を行うことを、多数回繰返すことを可能とするイン
サート材を用いる接合方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明する状態図、第２図は、
本発明の一実施例に係る接合方法を示す略示断面図、第
３図は、その接合に用いるインサート材のＩｎ−５ｎ２
元状態図、第４図ないし第７図は、複合インサート材の
構成図、第８図は、本発明の他の実施例に係る接合方法
を示す正面図である。 １．１４．１５・・・被接合材、２・・・低融点インサ
ート材、３・・・高融点インサート材、４・・・加熱用
ヒータ、５，６・・・加圧用治具、９・・・粉末インサ
ート材、１０．１０’　、１０“・・・複合インサート
材、１１・・・発信器、１３・・・加振チップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被接合材よりも融点が低く、かつ、融点の異なる複
   数の金属インサート材を組合わせることにより構成した
   複合インサート材を被接合材間に配置し、この複合イン
   サート材の少なくとも１種類の金属インサート材が溶融
   せず、他の少なくとも１種類の金属インサート材が溶融
   する温度で接合部を加熱することを特徴とするインサー
   ト材を用いる接合方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、少なく
   とも１種類のインサート材が溶融する温度で接合部を加
   熱するときに、そのインサート材が液相を有する状態で
   被接合材を密着させるように加圧する、インサート材を
   用いる接合方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の方法において、インサ
   ート材と被接合材とを密着させ、加振するようにしたイ
   ンサート材を用いる接合方法。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のいずれか
   において、複合インサート材は、複数のインサート材の
   少なくとも１種類の低融点側のインサート材と、少なく
   とも１種類の高融点側のインサート材とを積層するごと
   き関係位置に構成したものであるインサート材を用いる
   接合方法。 ５、特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のいずれか
   において、複合インサート材は、低融点インサート材お
   よび高融点インサート材を粉末状とし均一に混合して形
   成したものであるインサート材を用いる接合方法。