JPWO2012042907A1 - 金属の接合方法 - Google Patents
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Abstract
第1の被接合部(10)の接合面に形成された第1の被膜部(14)と第2の被接合部(20)の接合面に形成された第2の被膜部(24)を逆スパッタリングにより除去した後、銅をスパッタリングすることにより、第1の銅被膜(16)および第2の銅被膜(26)を形成する。第1の銅被膜(16)の最表面の酸化膜と第2の銅被膜(26)の最表面の酸化膜との間に、酸化銅が溶出する溶液を充填し、酸化膜中の酸化銅を溶液中に溶出させる。加圧および加熱により溶液中の銅以外の成分を除去して酸化銅を析出させ、第1の被接合部(10)と第2の被接合部(20)とを析出した銅により接合した後、第1の被接合部(10)と第2の被接合部(20)に銅を固相拡散させる。
Description
本発明は、金属の接合方法に関する。特に、本発明は、表面に酸化被膜が形成されている金属同士を接合する方法に関する。
半導体チップを配線基板上に実装するための接合部をはじめとして電子部品における電気的な接続のための接合部に従来からはんだが使われている。はんだを介した、たとえばCu同士の接合方法では、被接合部とはんだとの接合界面にCu−Sn合金が生じる。Cu−Sn合金は電気抵抗が比較的大きく、かつ延性が乏しいため、接合部分の電気特性や接続信頼性が低下するという課題がある。
このような課題を解決するべく、特許文献1には、対向する一対の電極同士を金属間化合物層を介して接合する技術が開示されている。
特許文献1の接合技術では、固相拡散を利用して金属間化合物が形成される。一般に、金属の表面には自然酸化により酸化膜が形成されている。表面が酸化膜となった金属に固相拡散を利用した接合技術を適用すると、酸化膜が拡散の障害となるため、接合が困難になるという課題がある。また、酸化膜が残存することにより、電気的な接続の信頼性が低下するという課題がある。特に、アルミニウムの表面に形成される酸化アルミニウムは強固な酸化膜であるため、固相拡散による接合がより困難であり、電気的な接続の信頼性を十分に得ることができなかった。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面に酸化膜が形成されている金属同士を簡便かつ高強度で接合することができる接合方法の提供にある。
本発明のある態様は、金属の接合方法である。当該金属の接合方法は、銅以外の金属または無機化合物を主成分とする第1の被接合部と、前記第1の被接合部と同種または異種の金属を主成分とする第2の被接合部とを用意する工程と、第1の被接合部の露出面、および第2の被接合部の露出面に、それぞれ銅を成膜する工程と、第1の被接合部に成膜された銅と、第2の被接合部に成膜された銅との間に、酸化銅が溶出する物質を充填する工程と、第1の被接合部と第2の被接合部との間の距離を縮めるように第1の被接合部と第2の被接合部とを加圧することにより、第1の被接合部と第2の被接合部とを銅で接合する工程と、を備えることを特徴とする。
上記態様の金属の接合方法によれば、第1の被接合部や第2の被接合部の接合面に酸化膜が形成されている場合であっても、別途形成された第1の銅被膜と第2の銅被膜26を利用することで、第1の被接合部と第2の被接合部とを銅を介して簡便かつ高強度で接合することができる。
上記態様の金属の接合方法において、第1の被接合部と第2の被接合部とを加圧する前、第1の被接合部と第2の被接合部とを加圧する間、または第1の被接合部と第2の被接合部とを加圧した後の少なくともいずれかの段階において第1の被接合部と第2の被接合部とを過熱する工程を、さらに備えてもよい。また、第1の被接合部の露出面、および第2の被接合部の露出面にそれぞれ銅を成膜する前に、第1の被接合部の最表面、および第2の被接合部の最表面からそれぞれ酸化膜を除去する工程をさらに備えてもよい。第1の被接合部と第2の被接合部とを接合する銅を、第1の被接合部および第2の被接合部に固相拡散させる工程をさらに備えてもよい。物質は銅に対して不活性であってもよい。物質が銅と錯体を形成する配位子を含んでもよい。錯体が加熱分解性であってもよい。また、物質がアンモニア水またはカルボン酸水溶液であってもよい。カルボン酸水溶液に含まれるカルボン酸が多座配位子であってもよい。
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
本発明によれば、表面に酸化膜が形成されている金属同士を簡便かつ高強度で接合することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1乃至図3は、実施の形態に係る金属の接合方法を示す工程図である。図1乃至図3を参照して実施の形態に係る金属の接合方法を説明する。
まず、図1(A)に示すように、第1の被接合部10および第2の被接合部20を用意する。第1の被接合部10は、Alを主成分とする金属からなる第1の基材部12と、第1の基材部12の接合面側の表面を被覆する第1の被膜部14とを有する。また、第2の被接合部20は、Alを主成分とする金属からなる第2の基材部22と、第2の基材部22の接合面側の表面を被覆する第2の被膜部24とを有する。第1の被膜部14および第2の被膜部24はともに酸化アルミニウムを主成分とする酸化物で形成されている。ここで、「Alを主成分とする」および「酸化アルミニウムを主成分とする」という表現中、「主成分とする」は、それぞれアルミニウムまたは酸化アルミニウムの含有量が50%よりも大きいことを意味する。
第1の被膜部14および第2の被膜部24は、具体的には、Al2O3で形成された薄膜状の被膜であり、その厚さは、たとえば、5nmである。第1の被膜部14および第2の被膜部24は、意図的に形成された被膜であっても、意図せず形成された被膜であってもよい。本実施の形態では、第1の被膜部14および第2の被膜部24は、Alが大気中で酸化することにより形成される自然酸化膜である。
次に、図1(B)に示すように、第1の被膜部14および第2の被膜部24を除去する。第1の被膜部14および第2の被膜部24を除去する方法として、真空装置内で逆スパッタリングを行う方法が挙げられる。第1の被膜部14および第2の被膜部24を除去することにより、第1の基材部12および第2の基材部22の接合面が清浄な状態で露出する。
次に、図1(C)に示すように、スパッタリング法などの成膜法を用いて、第1の基材部12および第2の基材部22の接合面に銅を成膜し、第1の銅被膜16、第2の銅被膜26を形成する。第1の銅被膜16および第2の銅被膜26の膜厚は、たとえば、100nmである。
次に、図2(A)に示すように、第1の被接合部10および第2の被接合部20を大気に暴露すると、第1の銅被膜16および第2の銅被膜26の最表面が自然酸化され、Cu2Oを主成分とする第1の酸化膜18、第2の酸化膜28が形成される。
次に、図2(B)に示すように、第1の酸化膜18と第2の酸化膜28との間に酸化銅が溶出または溶解する溶液30を充填する。本実施の形態では、溶液30はアンモニア水である。第1の酸化膜18と第2の酸化膜28との間に溶液30を充填したときの、第1の酸化膜18の露出面と第2の酸化膜28の露出面との距離は、たとえば、1〜100μmである。
第1の酸化膜18と第2の酸化膜28が溶液30に触れると、で1分程度放置すると、図2(C)に示すように、第1の酸化膜18を構成する酸化銅が溶液30中に溶出し、第1の酸化膜18が消失する。また、第2の酸化膜28を構成する酸化銅も溶液30中に溶出し、第2の酸化膜28が消失する。
第1の酸化膜18および第2の酸化膜28を構成する酸化銅が溶液30に溶出することにより、第1の被接合部10の最表面(接合面側の露出面)および第2の被接合部20の最表面(接合面側の露出面)にそれぞれ第1の銅被膜16、第2の銅被膜26が露出する。また、溶液30中では、銅錯体が形成される。本実施の形態では、銅錯体は、[Cu(NH3)4]2+で表される加熱分解性のテトラアンミン銅錯イオンとして存在すると考えられる。なお、アンモニア水は銅に対して不活性であるため、第1の銅被膜16および第2の銅被膜26を構成する銅はアンモニア水と反応せずに残存している。
次に、図2(D)に示すように、第1の被接合部10と第2の被接合部20との間の距離を縮めるように、プレス機を用いて第1の被接合部10と第2の被接合部20とを加圧する。加圧時の圧力は、たとえば、1MPaである。
次に、図3(A)に示すように、第1の被接合部10と第2の被接合部20とを加圧した状態で200℃〜300℃の比較的低温な条件下で加熱することにより第1の被接合部10の最表面(接合側の露出面)および第2の被接合部20の最表面(接合側の露出面)への銅の固相拡散を進行させる。本実施の形態では、加熱により水分が蒸発するとともに、テトラアンミン銅錯イオンが熱分解してアンモニア成分が蒸発する。これにより、溶液30において銅の割合が徐々に高まるとともに、プレス機による加圧により第1の銅被膜16の最表面と第2の銅被膜26の最表面との距離が徐々に近づく。
次に、図3(B)に示すように、溶液30中の銅以外の成分の除去が完了すると、第1の銅被膜16の最表面と第2の銅被膜26の最表面とが銅の固相拡散により接合される。固相拡散により接合された領域40により接合される。この固相拡散により接合された領域440は、配向性および安定性が優れている。固相拡散により接合された領域40の厚さは、最終的に、図1(C)で形成された第1の銅被膜16の厚さと、第2の銅被膜26の厚さと、図2(A)で形成された第1の酸化膜18の厚さと、第2の酸化膜28の厚さとの和と同程度である。固相拡散により接合された領域40により接合が完了した後、加熱を停止して固相拡散により接合された領域40による接合部分を室温程度まで冷却する。なお、加熱開始から加熱停止までの時間は、たとえば、10分間である。冷却完了後、加圧を解除し、第1の被接合部10と第2の被接合部20との接合工程が完了する。
次に、図3(C)に示すように、加熱および加圧により固相拡散により接合された領域40を固相拡散させ、第1の被接合部10と第2の被接合部20とを接合する。固相拡散が完了すると、最終的に、図3(D)に示すように、第1の被接合部10と第2の被接合部20とが一体化することで金属部材50となる。
以上説明した金属の接続方法によれば、第1の被接合部10や第2の被接合部20の接合面に酸化膜が形成されている場合であっても、別途形成された第1の銅被膜16と第2の銅被膜26を利用することで、第1の被接合部10と第2の被接合部20とを第1の銅被膜16、第2の銅被膜26および固相拡散により接合された領域40により簡便かつ高強度で接合することができる。
特に、第1の銅被膜16の最表面と第2の銅被膜26を形成する前に、第1の被接合部10の最表面に形成された第1の被膜部14と、第2の被接合部20の最表面に形成された第2の被膜部24を予め除去することにより、第1の被接合部10および第2の被接合部20の接合面が活性化される。この結果、固相拡散により接合された領域40を第1の被接合部10や第2の被接合部20に固相拡散させることを容易にすることができ、第1の被接合部10と第2の被接合部20との間に構造変化をつけることなく、第1の被接合部と第2の被接合部とを一体的に形成することができる。ひいては、第1の被接合部と第2の被接合部との接続信頼性を高めることができる。なお、上述の実施の形態においては、図1(B)で示すように、自然酸化膜を除去する場合を示したが、酸化膜を除去しない場合でも適用が可能である。具体的には、無機化合物の一例であるガラス基板同士を接合する場合には、一連の接合工程において図1(A)の工程はなく、図1(B)以下の工程を行えばよい。
また、第1の酸化膜18と第2の酸化膜28との間に充填する物質の例として溶液を例示したが、当該物質はフィルム状であってもよい。
(金属接合方法の適用例1)
図4は、従来の非水電解質二次電池の側面方向から見た概略を示す図である。従来の非水電解質二次電池1000は、正極極板(図示せず)と負極極板(図示せず)とがセパレータ(図示せず)を介して巻回された巻き取り電極体1011を電池外装缶1012の内部に収容し、封口板1013によって電池外装缶1012を密閉した構造を有する。
図4は、従来の非水電解質二次電池の側面方向から見た概略を示す図である。従来の非水電解質二次電池1000は、正極極板(図示せず)と負極極板(図示せず)とがセパレータ(図示せず)を介して巻回された巻き取り電極体1011を電池外装缶1012の内部に収容し、封口板1013によって電池外装缶1012を密閉した構造を有する。
巻き取り電極体1011は、巻回軸方向の両端部にそれぞれ、正極活物質、負極活物質が塗布されていない正極芯体露出部1014、負極芯体露出部1015を備える。正極芯体露出部1014は正極集電体1016を介して正極端子1017に電気的に接続されている。また、負極芯体露出部1015は負極集電体1018を介して負極端子1019に電気的に接続されている。正極芯体露出部1014と正極集電体1016とは、正極芯体露出部1014を正極集電体1016で挟んだ状態で溶接される。また、負極芯体露出部1015と負極集電体1018とは、負極芯体露出部1015を負極集電体1018で挟んだ状態で接合される。正極端子1017、負極端子1019はそれぞれ絶縁部材1020、1021を介して封口板1013に固定されている。巻き取り電極体1011を電池外装缶1012内に挿入した後、封口板1013を電池外装缶1012の開口部をレーザ溶接した後、電解液注入孔(図示せず)から非水電解液を注液して、当該電解液注液孔を密閉することにより、非水電解質二次電池1000が作製される。
従来の非水電解質二次電池では、芯体露出部と集電体(引き出し電極)との接合部において、腐食や応力集中による破損や剥離が生じることがあった。
本適用例は、芯体露出部と集電体との接合に応用される。芯体露出部と集電体との接合法の概略工程は以下のとおりである。
(1)正極芯体露出部および正極集電体の表面の酸化アルミニウムを逆スパッタリングにより除去する。
(2)逆スパッタリングにより露出した正極芯体露出部および正極集電体のアルミニウム上に銅をスパッタリングにより成膜する。
(3)アルミニウム箔からなる正極芯体の両面において、巻回軸と直交する一辺に所定幅の正極芯体露出部に、正極活物質を塗布する。また、銅箔からなる負極芯体の両面において、巻回軸と直交する一辺に所定幅の負極芯体露出部に、負極活物質を塗布する。
(4)巻き取り電極体を形成した状態で接触する内側の正極芯体露出部と外側の正極芯体露出部との間、正極芯体露出部の外周面と正極集電体との間、巻き取り電極体を形成した状態で接触する内側の負極芯体露出部と外側の負極芯体露出部との間、および負極芯体露出部の外周面と負極集電体との間にアンモニア水を充填する。
(5)正極芯体露出部の外周面と正極集電体とを加熱圧着するとともに、負極芯体露出部の外周面と負極集電体とを加熱圧着する。これにより、上記工程(4)に示した各部材間の間に銅からなる接合部が形成される。
(6)銅を固相拡散させることにより、巻き取り電極体を形成した状態で接触する内側の正極芯体露出部と外側の正極芯体露出部との間、および正極芯体露出部の外周面と正極集電体との間を銅が拡散したアルミニウムで一体化させる。
(1)正極芯体露出部および正極集電体の表面の酸化アルミニウムを逆スパッタリングにより除去する。
(2)逆スパッタリングにより露出した正極芯体露出部および正極集電体のアルミニウム上に銅をスパッタリングにより成膜する。
(3)アルミニウム箔からなる正極芯体の両面において、巻回軸と直交する一辺に所定幅の正極芯体露出部に、正極活物質を塗布する。また、銅箔からなる負極芯体の両面において、巻回軸と直交する一辺に所定幅の負極芯体露出部に、負極活物質を塗布する。
(4)巻き取り電極体を形成した状態で接触する内側の正極芯体露出部と外側の正極芯体露出部との間、正極芯体露出部の外周面と正極集電体との間、巻き取り電極体を形成した状態で接触する内側の負極芯体露出部と外側の負極芯体露出部との間、および負極芯体露出部の外周面と負極集電体との間にアンモニア水を充填する。
(5)正極芯体露出部の外周面と正極集電体とを加熱圧着するとともに、負極芯体露出部の外周面と負極集電体とを加熱圧着する。これにより、上記工程(4)に示した各部材間の間に銅からなる接合部が形成される。
(6)銅を固相拡散させることにより、巻き取り電極体を形成した状態で接触する内側の正極芯体露出部と外側の正極芯体露出部との間、および正極芯体露出部の外周面と正極集電体との間を銅が拡散したアルミニウムで一体化させる。
以上説明した芯体露出部と集電体との接合法によれば、正極芯体露出部と正極集電体とがアルミニウムを主成分とする接合部により一体化され、負極芯体露出部と負極集電体とが銅を主成分とする接合部により一体化される。これにより、正極芯体露出部と正極集電体との接合部および負極芯体露出部と負極集電体との接合部に応力が集中することが抑制され、当該部分に破損や剥離が生じることが抑制される。
(金属接合方法の適用例2)
本適用例は、円筒型二次電池の集電体と集電タブとの接合法に関する。図5は、本適用例で用いられる円筒型二次電池の断面部分解体斜視図である。円筒型二次電池では、正極板3と負極板4とセパレータ5とを備える渦巻電極体2が、円筒形の電池缶1内に挿入されている。電池缶1の開口部は封口体6により封口されている。また、負極板4は負極集電タブ4aを介して電池缶1と電気的に接続されており、正極板3は正極集電タブ3aを介して封口体6と電気的に接続されている。すなわち、電池缶1が負極外部端子を兼ね、封口体6が正極外部端子を兼ねる構造である。また、電池缶1内には、非水電解質が注液されている。なお、円筒型二次電池の基本的な構成は、特開2011−138633号公報に開示された電池と同様であり、詳細な構成については省略する。
本適用例は、円筒型二次電池の集電体と集電タブとの接合法に関する。図5は、本適用例で用いられる円筒型二次電池の断面部分解体斜視図である。円筒型二次電池では、正極板3と負極板4とセパレータ5とを備える渦巻電極体2が、円筒形の電池缶1内に挿入されている。電池缶1の開口部は封口体6により封口されている。また、負極板4は負極集電タブ4aを介して電池缶1と電気的に接続されており、正極板3は正極集電タブ3aを介して封口体6と電気的に接続されている。すなわち、電池缶1が負極外部端子を兼ね、封口体6が正極外部端子を兼ねる構造である。また、電池缶1内には、非水電解質が注液されている。なお、円筒型二次電池の基本的な構成は、特開2011−138633号公報に開示された電池と同様であり、詳細な構成については省略する。
図6は、金属接合方法の適用例2を説明するための概略工程図である。図6を参照して、本適用例の概略工程を説明する。
(1)アルミニウム箔からなる正極板(正極集電体)3の両面に、正極集電タブ3aと接続する部分以外に正極活物質3cを塗布したものを準備する(図6(A)参照)。
(2)アルミニウムからなる正極集電タブ3aおよび正極板3の所定の部分を逆スパッタリング処理することにより酸化アルミニウムを除去した後に、銅3dをスパッタリングにより成膜する(図6(A)参照)。
(3)銅を固層拡散させることにより正極板3と正極集電タブ3aとを接合し、正極電極を作製する図6(A)参照)。
(4)銅箔からなる負極板(負極集電体)4の両面に、負極集電タブ4aと接続する部分以外に負極活物質4cを塗布したものを準備する(図6(B)参照)。
(5)ニッケルからなる負極集電タブ4aの所定の部分を逆スパッタリング処理することにより酸化ニッケルを除去した後に、銅4dをスパッタリングにより成膜する(図6(B)参照)。
(6)銅を固層拡散させることにより負極板4と負極集電タブ4aとを接合し、負極電極を作製する(図6(B)参照)。
(7)上記方法で作製した正極電極と負極電極とをセパレータ5を間に介して巻き取ることにより、渦巻電極体を作製する(図6(C)参照)。
(2)アルミニウムからなる正極集電タブ3aおよび正極板3の所定の部分を逆スパッタリング処理することにより酸化アルミニウムを除去した後に、銅3dをスパッタリングにより成膜する(図6(A)参照)。
(3)銅を固層拡散させることにより正極板3と正極集電タブ3aとを接合し、正極電極を作製する図6(A)参照)。
(4)銅箔からなる負極板(負極集電体)4の両面に、負極集電タブ4aと接続する部分以外に負極活物質4cを塗布したものを準備する(図6(B)参照)。
(5)ニッケルからなる負極集電タブ4aの所定の部分を逆スパッタリング処理することにより酸化ニッケルを除去した後に、銅4dをスパッタリングにより成膜する(図6(B)参照)。
(6)銅を固層拡散させることにより負極板4と負極集電タブ4aとを接合し、負極電極を作製する(図6(B)参照)。
(7)上記方法で作製した正極電極と負極電極とをセパレータ5を間に介して巻き取ることにより、渦巻電極体を作製する(図6(C)参照)。
以上説明した集電体と集電タブとの接合法によれば、アルミニウムからなる正極集電体と正極集電タブとが銅の固相拡散により接合され、かつ、銅で形成された負極集電体とニッケルで形成された負極集電タブとが銅の固相拡散により接合される。これにより、正極集電体と正極集電タブとの接合部および負極集電体と負極集電タブとの接合部に応力が集中することが抑制され、当該部分に破損や剥離が生じることが抑制される。
(金属接合方法の適用例3)
従来の半導体パッケージの放熱構造として、ICチップなどの半導体素子にヒートシンクが熱的に接続され、このヒートシンクと放熱フィンとがSnAgCuはんだ等のろう材を用いて接合された構造が知られている。従来の放熱構造では、はんだ接続部分に応力が集中しやすいため、ヒートシンクと放熱フィンとの間の接続強度が十分でない場合があった。
従来の半導体パッケージの放熱構造として、ICチップなどの半導体素子にヒートシンクが熱的に接続され、このヒートシンクと放熱フィンとがSnAgCuはんだ等のろう材を用いて接合された構造が知られている。従来の放熱構造では、はんだ接続部分に応力が集中しやすいため、ヒートシンクと放熱フィンとの間の接続強度が十分でない場合があった。
本適用例では、ヒートシンクと放熱フィンとの接合に上述した金属の接合方法が用いられる。図7および図8は、ヒートシンクと放熱フィンとの接合に応用される金属の接合方法の概略工程を示す工程図である。
具体的には、まず、図7(A)に示すように、ヒートシンク200と放熱フィン210とを用意する。本適用例のヒートシンク200、放熱フィン210はともにAl製であり、ヒートシンク200、放熱フィン210の各接合面は自然酸化による酸化アルミニウム(図示せず)で被覆されている。ヒートシンク200、放熱フィン210の各接合面を被覆している酸化アルミニウムの層を逆スパッタ法を用いて除去する。
次に、図7(B)に示すように、酸化アルミニウムが除去されAlが露出したヒートシンク200、放熱フィン210の各接合面にスパッタ法によりCuを成膜して銅被膜220を形成する。
次に、図7(C)に示すように、ヒートシンク200の接合面に成膜された銅被膜220と放熱フィン210の接合面に成膜された銅被膜220との間にアンモニア水240を充填した状態で、放熱フィン210をヒートシンク200の上方に載置する。なお、ヒートシンク200および放熱フィン210を大気に暴露した段階で、Cuの表面に酸化銅が形成される。
次に、図7(D)に示すように、プレス機を用いてヒートシンク200と放熱フィン210との間に1MPa程度の圧力を加えるとともに、300℃に加熱する。これにより、ヒートシンク200と放熱フィン210とがCu−Cu接合により接合され、さらに固相拡散を行うことにより、図7(E)に示すように、ヒートシンク200と放熱フィン210とが一体化された構造が得られる。
ヒートシンク200と放熱フィン210との接合とは別に、図8(A)に示すように、リードフレーム250に半導体素子260を搭載し、リードフレーム250に設けられた電極パッド252と半導体素子260の素子電極262とを金線270を用いてワイヤボンディング接続する。
次に、図8(B)に示すように、半導体素子260の電極形成面とは反対側の面に接着テープなどの接着部材280を用いてとヒートシンク200を接着する。
次に、図8(C)に示すように、半導体素子260を封止樹脂290を用いて封止する。
以上の工程により、ヒートシンク200と放熱フィン210とが一体的に形成された半導体パッケージの放熱構造を得ることができる。ヒートシンク200と放熱フィン210との間が同一の部材で形成されているため、両者の間に応力が集中することが抑制される。これにより、ヒートシンク200と放熱フィン210との接続強度を向上させることがきる。
(金属接合に用いる溶液)
上述した実施の形態に係る金属の接合方法では、金属接合に用いる溶液としてアンモニア水が用いられているが、銅と錯体を形成する配位子を含む溶液であれば、これに限られず、たとえば、カルボン酸水溶液であってもよい。
上述した実施の形態に係る金属の接合方法では、金属接合に用いる溶液としてアンモニア水が用いられているが、銅と錯体を形成する配位子を含む溶液であれば、これに限られず、たとえば、カルボン酸水溶液であってもよい。
カルボン酸水溶液の調製に用いられるカルボン酸としては、酢酸などのモノカルボン酸、また、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、フタル酸、マレイン酸などのジカルボン酸、さらに、酒石酸、クエン酸、乳酸、サリチル酸などのオキシカルボン酸が挙げられる。
このうち、カルボン酸水溶液は多座配位子となるカルボン酸を有することが好ましい。多座配位子となるカルボン酸を有するカルボン酸水溶液では、カルボン酸と銅がキレートを形成することにより銅錯体の安定性が非常に大きくなる。この結果、接合に必要な温度をより低温化させることができる。なお、酒石酸がキレートを形成することについては、「理化学辞典 第4版(岩波書店)」の第593頁に記載されている。また、酒石酸、シュウ酸などがキレートを形成することは「ヘスロップジョーンズ 無機化学(下) 齋藤喜彦 訳」の第666頁に記載されている。ここで、キレート化とは、多座配位子によって環が形成されることによって錯体の安定度が非常に大きくなることをいう。
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
たとえば、上述の実施の形態では、第1の被接合部10と第2の被接合部20がともにAlであり、同種の金属が接合されているが、第2の被接合部20は第1の被接合部10と異なる金属であってもよい。たとえば、第1の被接合部10をAlとし、第2の被接合部20をAuとすることで、AlとAuのクラッド材を作製することができる。なお、第2の被接合部20の材料として、Auの代わりにTi、Taなども採用が可能である。
また、上述の実施の形態では、第1の被接合部10と第2の被接合部20とを加圧した状態で加熱を行っているが、第1の被接合部10と第2の被接合部20とを加圧する前または第1の被接合部10と第2の被接合部20とを加圧した後に加熱を行ってもよい。なお、第1の被接合部10と第2の被接合部20との接合において、加圧は必須であるが、加熱は任意である。たとえば、常温において、減圧環境下で加圧を行うことにより第1の被接合部10と第2の被接合部20との接合することが可能である。
10 第1の被接合部、12 第1の基材部、14 第1の被膜部、16 第1の銅被膜、18 第1の酸化膜、20 第2の被接合部、22 第2の基材部、24 第2の被膜部、26 第2の銅被膜、28 第2の酸化膜、30 溶液、40 固相拡散により接合された領域、50 金属部材、200 ヒートシンク、210 放熱フィン、220 銅被膜、240 アンモニア水、250 リードフレーム、260 半導体素子、1000 非水電解質二次電池、1011 巻き取り電極体、1012 電池外装缶、1013 封口板、1014 正極芯体露出部、1015 負極芯体露出部、1016 正極集電体、1018 負極集電体
本発明は、金属の接合方法に適用可能である。
Claims (9)
- 銅以外の金属または無機化合物を主成分とする第1の被接合部と、前記第1の被接合部と同種または異種の金属を主成分とする第2の被接合部とを用意する工程と、
前記第1の被接合部の露出面、および前記第2の被接合部の露出面に、それぞれ銅を成膜する工程と、
前記第1の被接合部に成膜された銅と、前記第2の被接合部に成膜された銅との間に、酸化銅が溶出する物質を充填する工程と、
前記第1の被接合部と前記第2の被接合部との間の距離を縮めるように前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを加圧することにより、前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを銅で接合する工程と、
を備えることを特徴とする金属の接合方法。 - 前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを加圧する前、前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを加圧する間、または前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを加圧した後の少なくともいずれかの段階において前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを過熱する工程を、さらに備える請求項1に記載の金属の接合方法。
- 前記第1の被接合部の露出面、および前記第2の被接合部の露出面にそれぞれ銅を成膜する前に、前記第1の被接合部の最表面、および前記第2の被接合部の最表面からそれぞれ酸化膜を除去する工程をさらに備える請求項1または2に記載の金属の接合方法。
- 前記第1の被接合部と前記第2の被接合部とを接合する銅を、前記第1の被接合部および前記第2の被接合部に固相拡散させる工程をさらに備える請求項3に記載の金属の接合方法。
- 前記物質は銅に対して不活性である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の金属の接合方法。
- 前記物質が銅と錯体を形成する配位子を含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載の金属の接合方法。
- 前記錯体が加熱分解性である請求項6に記載の金属の接合方法。
- 前記物質がアンモニア水またはカルボン酸水溶液である請求項1乃至7のいずれか1項に記載の金属の接合方法。
- 前記カルボン酸水溶液に含まれるカルボン酸が多座配位子である請求項8に記載の金属の接合方法。
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