TWI641441B - 焊錫連接構造及成膜方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種用以提高焊錫濡濕性之焊錫連接構造、及於鋁基板上將金屬膜成膜之成膜方法。

焊錫連接構造50係經由焊錫材料而與其他構件連接者，且包含：鋁基板30；及金屬膜40，其係藉由使用混合Ni粉末41與Sn粉末42而成之混合粉末材料之冷噴塗法而成膜於鋁基板30上。

Description

焊錫連接構造及成膜方法

本發明係關於一種經由焊錫材料而與其他構件連接之焊錫連接構造、及於鋁基材上將金屬膜成膜之成膜方法。

近年，對於電子零件於小型化、輕量化、性能、可靠性等方面要求變高。作為電子零件之例，可舉例為電源、電池、電路基板、連接器等。一般而言，於將該等電子零件連接於基板、端子等之情形時，使用有冷噴塗、螺絲固定、焊接、熔接等。

專利文獻1揭示有以下之構成。具體而言，於包含鋁或鋁合金之帶狀之平板形導體之面，隔開特定之間隔而部分地形成有容易焊接之包含導電性金屬之金屬層。而且，於該金屬層之間自平板形導體之兩表面貼附有絕緣樹脂薄膜。導電性金屬係使用Ni、Sn、Au、Zn、Ag、Cu中之任一者或該等之組合。上述金屬層係藉由冷噴塗而形成。

專利文獻2揭示有一種散熱體。該散熱體於鋁製構件之表面具備塗佈Ni與Sn而成之鍍敷層。於上述散熱體中，以Ni佔據於整個散熱體之重量比率為0.18%以上0.48%以下，且Sn佔據於整個散熱體之重量比率為0.10%以上0.38%以下之方式形成鍍敷層。又，於上述散熱體中，以胺基甲酸酯於整個散熱體中所示出之重量比為0.01%以上0.08%以下之方式，於上述鍍敷層塗佈胺基甲酸酯樹脂。

專利文獻3揭示有一種焊接用組合物。該焊接用組合物不包含 鉛，而包含第一金屬成分與第二金屬成分。第一金屬成分之熔點為183℃以上260℃以下之範圍內。第二金屬成分之種類、及第一金屬成分與第二金屬成分之相對量係可於熔融狀態之第一金屬成分中擴散第二金屬成分而形成熔點為260℃以上1500℃以下之範圍內的合金之種類及相對量。而且，作為第一金屬成分，例如可例示僅為Sn，或包含選自由Sn、Ag、Cu、In、Bi、Sb、Zn及Ni所組成之群之2種以上之金屬元素之合金。

專利文獻4揭示有將Ni粒子與Sn粒子之混合體用作金屬體之焊錫組合物。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2012-3877號公報(2012年1月5日公開)

[專利文獻2]日本專利特開2012-94595號公報(2012年5月17日公開)

[專利文獻3]日本專利特開2002-254195號公報(2002年9月10日公開)

[專利文獻4]日本專利特開2014-72398號公報(2014年4月21日公開)

然而，專利文獻1~4之技術中有下述般問題。

專利文獻1之技術係藉由冷噴塗法而於包含鋁或鋁合金之帶狀之平板形導體的表面成膜Ni層。然而，以冷噴塗法成膜之Ni因其表面密度較低，故焊錫濡濕性不足。

專利文獻2之技術係於鋁製構件之表面依序形成Ni、Sn之鍍敷層，因此需要工時與成本。又，專利文獻2之技術並未利用冷噴塗技 術。因此，專利文獻2之技術無法享受所謂冷噴塗之優點，即能夠進行部分加工之優點。

專利文獻3及專利文獻4之技術係關於焊接用組合物者，而並非為關於經由焊錫材料而與其他構件連接之焊錫連接構造者。因此，專利文獻3及專利文獻4之技術並非係提供提高濡濕性之焊錫連接構造者。

又，一般而言，於異種金屬之接合(連接)技術中，利用有螺絲固定、焊接、各種熔接技術。然而，因金屬之材質而有產生腐蝕之虞。例如，於螺絲固定鋁基材與銅線之情形時，有產生電池作用而腐蝕鋁基材之虞。又，於藉由熔接而固定鋁基材及與鋁不同之金屬材料之情形時，需要除去氧化膜等步驟，從而花費工時與成本。

本發明之目的在於，鑒於上述課題而提供一種用以提高焊錫濡濕性之焊錫連接構造、及於鋁基材上將金屬膜成膜之成膜方法。

為了解決上述課題，關於本發明之一實施形態之焊錫連接構造係一種經由焊錫材料而與其他構件連接之焊錫連接構造，且其特徵在於具備：鋁基材；金屬膜，其係藉由使用混合粉末材料之冷噴塗法而成膜於上述鋁基材上，該混合粉末材料係將以鎳(Ni)、金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)中之任一者、或包含該等2種以上之合金為成分之第一粉末材料，與以錫(Sn)或包含Sn之合金為成分之第二粉末材料混合而成。

為了解決上述課題，關於本發明之一實施形態之成膜方法係一種於鋁基材上將金屬膜成膜之成膜方法，且其特徵在於：藉由對上述鋁基材冷噴塗混合粉末材料而於上述鋁基材上將金屬膜成膜，該混合粉末材料係將以鎳(Ni)、金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)中之任一者、或包含該等2種以上之合金為成分之第一粉末材料，與以錫(Sn) 或包含Sn之合金為成分之第二粉末材料混合而成。

關於本發明之一實施形態之焊錫連接構造及成膜方法係藉由具備上述之構成而可發揮如下效果。具體而言，於對鋁基材冷噴塗上述混合粉末材料時，上述第二粉末材料之成分即Sn與熔點較Sn高之上述第一粉末材料之成分(Ni、Au、Zn、Ag、Cu)相比容易成為半熔融狀態。因此，Sn係可起到進入構成上述第一粉末材料之成分之粒子間而使該等粒子彼此結合的作用，且可使上述金屬膜為凹凸較少之連續膜。

藉此，本發明之一實施形態之焊錫連接構造及成膜方法與以下之(1)、(2)之焊錫連接構造相比，可提高焊錫濡濕性。

(1)對鋁基材僅冷噴塗上述第一粉末材料之焊錫連接構造。

(2)對鋁基材先冷噴塗上述第一粉末材料，繼而冷噴塗上述第二粉末材料之焊錫連接構造。

又，於本發明之一實施形態之焊錫連接構造中，較佳為上述第一粉末材料係將Ni作為成分，且上述第二粉末材料係將Sn作為成分，且上述混合粉末材料係按重量比計包含80%以上95%以下之上述第一粉末材料。

又，於本發明之一實施形態之成膜方法中，較佳為上述第一粉末材料係將Ni作為成分，且上述第二粉末材料係將Sn作為成分，且上述混合粉末材料係按重量比計包含80%以上95%以下之上述第一粉末材料。

藉由設為上述構成，本發明之一實施形態之焊錫連接構造及成膜方法可進一步提高焊錫濡濕性。具體而言，於對上述鋁基材冷噴塗有上述混合粉末材料時，上述第二粉末材料之成分即Sn係與熔點比Sn高之上述第一粉末材料之成分(Ni、Au、Zn、Ag、Cu)相比，容易成為半熔融狀態。因此，Sn可起到進入構成上述第一粉末材料之成分之 粒子間而使該等粒子彼此結合之作用，且可使上述金屬膜為凹凸較少之連接膜。

此外，藉由使上述第一粉末材料佔據於上述混合粉末材料之重量比為80%以上95%以上，可較高地保持上述金屬膜中之第一粉末材料之密度。進而，由上述第一粉末形成之層被由第二粉末材料形成之層覆蓋，從而可抑制於由上述第一粉末材料形成之層產生氧化物。自該理由來看，本發明之一實施形態之焊錫連接構造及成膜方法係可進一步提高焊錫濡濕性。

根據本發明之一樣態，可提供一種用以提高焊錫濡濕性之焊錫連接構造、及於鋁基材上將金屬膜成膜之成膜方法。

10‧‧‧基材

30‧‧‧鋁基板

40‧‧‧金屬膜

41‧‧‧Ni粉末

41a‧‧‧Ni膜

42‧‧‧Sn粉末

43‧‧‧Sn膜

45‧‧‧金屬膜

50‧‧‧焊錫連接構造

52‧‧‧焊錫連接構造

54‧‧‧焊錫連接構造

60a‧‧‧Sn

60b‧‧‧Sn膜

70‧‧‧氧化物

100‧‧‧冷噴塗裝置

110‧‧‧槽

120‧‧‧加熱器

130‧‧‧噴嘴

140‧‧‧供料器

150‧‧‧基材固持器

S1~S3‧‧‧步驟

圖1係表示本實施形態之冷噴塗裝置之概略圖。

圖2係表示於鋁基板上將金屬膜成膜之流程圖。

圖3係表示於鋁基板上將金屬膜成膜之焊錫連接構造體之概略圖。

圖4係表示比較例1之焊錫連接構造體之概略圖。

圖5係表示比較例2之焊錫連接構造體之概略圖。

圖6係表示將本實施形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=95：5)。

圖7係表示將比較例1之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片。

圖8係表示將比較例2之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片。

圖9係表示將本實施形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=90：10)。

圖10係表示將本實施形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=80：20)。

圖11係表示將本實施形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片。(重量比Ni：Sn=60：40)。

圖12係表示將本實施形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=98：2)。

圖13係表示將比較例1之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒前後之Sn之附著情況之概略圖。

圖14係用以說明於Ni粉末與Sn粉末之混合粉末中，於Sn粉末之重量比率為特定之範圍內之情形時焊錫濡濕性變高之圖。

圖15係用以說明於Ni粉末與Sn粉末之混合粉末中，於Sn粉末之重量比率較特定之範圍高之情形時焊錫濡濕性變低之圖。

以下，一面參照圖式一面說明各實施形態。於以下之說明中，對同一零件及構成要素標註相同符號。該等之名稱及功能亦為相同。因此，不重複該等之詳細說明。

[關於冷噴塗]

近年，利用被稱為冷噴塗法之皮膜形成法。冷噴塗法係如下方法，及，使溫度比成為金屬皮膜之材料之金屬粉末之熔點或軟化溫度低之載氣為高速流，將金屬粉末投入於該載氣流中而使之加速，且使該金屬粉末保持固相狀態以高速碰撞基板等而形成皮膜。

冷噴塗法之成膜原理理解為如下述般。

為使金屬粉末附著、堆積於基板而成膜，而必需某臨界值以上之碰撞速度，將其稱為臨界速度。若金屬粉末以比臨界速度低之速度與基板碰撞，則基板磨耗，而只能於基板上形成隕石坑狀之凹痕。臨界速度係根據金屬粉末之材質、大小、形狀、溫度、含氧量、基板之 材質等而變化。

若金屬粉末相對於基板以臨界速度以上之速度碰撞，則於金屬粉末與基板(或已成形之皮膜)之界面附近產生由較大之剪切所致之塑性變形。伴隨該塑性變形、及由碰撞所致於固體內產生強烈之衝擊波而界面附近之溫度亦上升，於該過程中，金屬粉末與基板、及金屬粉末與皮膜(已附著之金屬粉末)之間產生固相接合。

[實施形態]

以下，參照圖1說明本實施形態之冷噴塗裝置100。

(冷噴塗裝置100)

圖1係冷噴塗裝置100之概略圖。如圖1所示，冷噴塗裝置100具備貯槽110、加熱器120、噴嘴130、供料器140、基材固持器150、及控制裝置(未圖示)。

貯槽110貯存載氣。載氣係自貯槽110向加熱器120供給。作為載氣之一例，可舉例為氮氣、氦氣、空氣、或該等之混合氣體。載氣之壓力係以於貯槽110之出口成為例如70PSI(Pounds per square inch，磅/平方英吋)以上150PSI以下(約0.48Mpa以上約1.03Mpa以下)之方式調整。但是，於貯槽110之出口之載氣之壓力並非限定於上述範圍，可根據金屬粉末之材質、大小、基板之材質等而適當調整。

加熱器120對自貯槽110供給之載氣進行加熱。更具體而言，載氣係被加熱至比自供料器140供給至噴嘴130之金屬粉末之熔點低之溫度。例如，載氣於在加熱器120之出口測定時為50℃以上500℃以下之範圍，較佳為150℃以上250℃以下之範圍加熱。但是，載氣之加熱溫度並非限定於上述範圍，可根據金屬粉末之材質、大小、基板之材質等而適當調整。

載氣於藉由加熱器120加熱之後供給至噴嘴130。

噴嘴130將已藉由加熱器加熱之載氣於300m/s以上1200m/s以下 之範圍加速，並向基材10噴射。再者，載氣之速度並非限定於上述範圍，可根據金屬粉末之材質、大小、基板之材質等而適當調整。

供料器140係將金屬粉末供給至藉由噴嘴130加速之載氣之氣流中。自供料器140供給之金屬粉末之粒徑係1μm以上50μm以下之大小。自供料器140供給之金屬粉末係自噴嘴130與載氣一同噴射至基材10。

基材固持器150係固定基材10。對固定於基材固持器150之基材10自噴嘴130噴射載氣及金屬粉末。基材10之表面與噴嘴130之前端之距離係例如於5mm以上30mm以下之範圍調整。但是，基材10之表面與噴嘴130之前端之距離並非限定於上述範圍，可根據金屬粉末之材質、大小、基板之材質等而適當調整。

控制裝置係根據預先記憶之資訊及/或操作人員之輸入而控制冷噴塗裝置100。具體而言，控制裝置係控制自貯槽110供給至加熱器120之載氣之壓力、藉由加熱器120加熱之載氣之溫度、自供料器140供給之金屬粉末之種類及量、基材10之表面與噴嘴130之距離等。

(對於鋁基板30將金屬膜成膜)

其次，藉由圖2、圖3說明使用冷噴塗法將混合Ni粉末41(第一粉末材料)與Sn粉末42(第二粉末材料)而成之混合粉末材料噴射至鋁基板30，而於鋁基板30上將金屬膜40成膜之方法等。

圖2係表示於鋁基板30上將金屬膜40成膜之流程圖。圖3係表示於鋁基板30上成膜有金屬膜40之焊錫連接構造50之概略圖。再者，金屬膜40可由以鎳(Ni)、金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)中之任一者、或包含該等2種以上之合金為成分之第一粉末材料，與以錫(Sn)或包含錫之合金為成分之第二粉末材料混合而成的混合粉末材料形成。為便於說明，於圖2、圖3中，金屬膜40係以由Ni粉末42與Sn粉末42而形成者進行說明。

參照圖2，混合Ni粉末41與Sn粉末42(S1)。其次，將Ni粉末與Sn粉末之混合粉末藉由冷噴塗法噴射至基板30(S2)。其結果，於鋁基板30上將金屬膜40成膜(S3)。再者，關於S1~S3之詳情於後述(實施例)進行說明。

圖3係表示於鋁基板30上成膜有金屬膜40之焊錫連接構造50之概略圖。如圖示般，焊錫連接構造50具備鋁基板30、及成膜於鋁基板30之金屬膜40。金屬膜40係藉由冷噴塗Ni粉末41與Sn粉末42之混合粉末材料而成膜於鋁基板30上之金屬膜。

Sn之熔點比Ni低。因此，Sn粉末42於冷噴塗時容易成為半熔融狀態，Sn起到進入Ni粒子之間而使Ni粒子彼此結合之作用。又，藉由該Sn之作用而金屬膜40之表面之凹凸較少。

(實施例1)

以下表示本實施形態之實施例1。圖3之焊錫連接構造係例如藉由以下條件形成。

於實施例1中，圖3之鋁基板30相當於圖1所記述之基材10。鋁基板30係鋁製之板材，且為矩形狀，且厚度為0.5mm。

於實施例1中，使用混合Ni粉末41與Sn粉末42而成之混合粉末材料。Ni粉末41之平均粒徑為約10μm，Sn粉末42之平均粒徑為約38μm。混合比例按重量比計為Ni：Sn=95：5。該混合粉末材料自噴嘴130噴射至鋁基板30。

噴嘴130之前端與鋁基板之距離為10mm。

自貯槽110供給之載氣係空氣。載氣之壓力於貯槽110之出口設定為120PSI(約0.83Mpa)。加熱器120之設定溫度為250℃，與Ni及Sn相接時之載氣之溫度低於Ni之熔點(1453℃)及Sn之熔點(231.97℃)。

自噴嘴130噴射至鋁基板30之上述混合粉末材料到達鋁基板30時之溫度為約103℃。

藉由以上之條件而形成圖3之焊錫連接構造50。

(比較例1)

其次，藉由圖4說明比較例1。圖4係表示比較例1之焊錫連接構造52之概略圖。

於比較例1中，鋁基板30係鋁製之板材，且為矩形狀，且厚度為0.5mm。Ni粉末41之平均粒徑為約10μm，且自噴嘴130噴射至鋁基板30。

噴嘴130之前端與鋁基板30之距離為10mm。

自貯槽110供給之載氣係空氣。載氣之壓力於貯槽110之出口設定為120PSI(約0.83Mpa)。加熱器120之設定溫度為350℃，與Ni相接時之載氣之溫度低於Ni之熔點(1453℃)。

圖4係表示藉由上述條件而形成之焊錫連接構造52之概略圖。如圖示般，焊錫連接構造52具備鋁基板30、及冷噴塗於鋁基板30上之Ni膜41a。Ni膜41a係Ni粒子之集合，且於Ni之粒子間形成有空隙。因此，Ni膜41a係於其表面具有較多之凹凸。

(比較例2)

藉由圖5說明比較例2。圖5係表示比較例2之焊錫連接構造54之概略圖。

於比較例2中，鋁基板30係鋁製之板材，且為矩形狀，且厚度為0.5mm。Ni粉末41之平均粒徑為約10μm，Sn粉末42之平均粒徑為約38μm。Ni粉末41及Sn粉末42依序自噴嘴130噴射至鋁基板30。

噴嘴130之前端與鋁基板30之距離為10mm。

載氣之壓力於自噴嘴130噴射Ni粉末41及Sn粉末42之情形之任一情形時，於貯槽110之出口皆設定為120PSI(約0.83Mpa)。

載氣之加熱溫度於自噴嘴130噴射Ni粉末41之情形時，加熱器120之設定溫度為350℃，且與Ni相接時之載氣之溫度低於Ni之熔點 (1453℃)。又，於自噴嘴130噴射Sn粉末42之情形時，加熱器120之設定溫度為250℃，且與Sn相接時之載氣之溫度低於Sn之熔點(231.97℃)。

自噴嘴130噴射至鋁基板30之Ni粉末41到達鋁基板30時之溫度為約200℃，自噴嘴130噴射至鋁基板30之Sn粉末42到達鋁基板30時之溫度為約103℃。

圖5係表示藉由上述條件而形成之焊錫連接構造54之概略圖。如圖示般，焊錫連接構造54具備鋁基板30、及金屬膜45。金屬膜45包含成膜於鋁基板30上之Ni膜41a、及成膜於Ni膜41a上之Sn膜43。Ni膜41a係Ni粒子之集合，且於Ni之粒子間形成有空隙。因此，Ni膜41a係於其表面具有多量之凹凸。Sn膜43係成膜於該Ni膜41a上。

Sn之熔點低於Ni。因此，Sn粉末42於冷噴塗時容易成為半熔融狀態。因此，Sn膜43相比於Ni膜41a，其表面之凹凸較少。

(利用Sn浴之濡濕性評估)

其次，說明於實施例(圖3)、比較例1(圖4)、比較例2(圖5)形成之各焊錫連接構造之濡濕評估試驗。

濡濕性評估試驗係鑒於焊錫材料多數為Sn系金屬，而將塗佈有除去氧化膜之助熔劑之成膜面於熔融有Sn之坩堝內浸漬5秒。此處，所謂「成膜面」於焊錫連接構造50、焊錫連接構造52、及焊錫連接構造54之各者係藉由冷噴塗而形成有金屬膜之側之面。

以下，參照圖6~8對該濡濕性評估試驗進行說明。圖6係表示將本實施形態之焊錫連接構造50於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=95：5)。圖7係表示將比較例1之焊錫連接構造52於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片。圖8係表示將比較例2之焊錫連接構造54於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片。

首先，自比較例1之結果進行說明。於將比較例1之焊錫連接構 造52於Sn浴中浸蝕5秒時，確認到複數個未附著Sn而露出Ni膜41a之部位(圖7)。作為其理由，可舉例為以下之點。

冷噴塗法係藉由保持固相狀態使金屬粒子以高速碰撞基板而成膜。因此，於焊錫連接構造52中，於噴射Ni粉末41之方向上，成為Ni粉末41之粒子集合體積層於鋁基板30之狀態。另一方面，於與噴射Ni粉末41之方向垂直之方向上，於Ni粉末41之粒子間容易產生空隙或凹陷，從而於Ni膜之表面形成有多量之凹凸。因此，焊錫連接構造52因如下等理由而如觀察圖7所明白般濡濕性變低，即，理由為：(1)Ni之表面密度變低；(2)Ni膜41a受到氧化物之影響。

其次，說明比較例2之結果。比較例2之焊錫連接構造54係如參照圖5所說明般，首先，於鋁基板30上將Ni膜41a成膜。其次，於Ni膜41a上成膜Sn膜43。Sn之熔點低於Ni。因此，Sn粉末42於被冷噴塗時容易成為半熔融狀態。因此，Sn膜43相比於Ni膜41a，其表面之凹凸較少。

然而，若將比較例2之焊錫連接構造54於Sn浴中浸蝕5秒，則Sn膜43之一部分於Sn浴中熔融，下層之Ni膜41a之一部分露出(圖8)。因該理由，焊錫連接構造54如觀察圖8所明白般焊錫濡濕性降低。

其次，說明實施例1之結果。實施例1之焊錫連接構造50如參照圖2、圖3所說明般，具備鋁基板30、及成膜於鋁基板30上之金屬膜40。金屬膜40係藉由冷噴塗Ni粉末41與Sn粉末42之混合粉末材料而成膜於鋁基板30上之金屬膜。

此處，Sn之熔點低於Ni。因此，Sn粉末42於冷噴塗時容易成為半熔融狀態，Sn起到進入Ni粒子之間而使Ni粒子彼此結合之作用。

圖6為將該焊錫連接構造50於Sn浴中浸蝕5秒之結果。若觀察於Sn浴中浸蝕5秒後之焊錫連接構造50，則幾乎確認不到露出Ni層之部位，即便與比較例1、2相比，亦可明白焊錫濡濕性較高。

(備註1)

作為比較例1、2採用焊錫連接構造52及焊接連接構造54之理由係如下所述。

(1)比較例1

對鋁基板冷噴塗Ni粉末之連接構造體被視為先前技術。然而，本案之發明者發現：(a)上述連接構造體之焊錫濡濕性並不好；及(b)認為其理由在於Ni之表面密度較低。為了確認上述(a)、(b)，本案發明者採用焊錫連接構造52作為比較例1。

(2)比較例2

本案發明者係藉由於鋁基板上成膜Ni膜，且於該Ni膜上成膜Sn膜，而研究解決比較例1之上述(a)之可能性。

(備註2)

上述之比較試驗並非係依據於使用評估熔融焊錫與電子零件之濡濕性之焊錫檢查器之「JIS C60068-2-54￭JIS Z3198-4」者。此依據於利用外觀觀察之焊錫濡濕性之評估之可靠性亦較高。

(關於Ni粉末與Sn粉末之混合比率)

其次，研究Ni粉末41與Sn粉末42之混合比率對焊錫濡濕性造成之影響。於實施例1中，Ni粉末41與Sn粉末42之混合比率按重量比計為Ni：Sn=95：5。由此，參照圖6、圖9~12說明將Ni粉末41與Sn粉末42之混合比率按重量比計變更為如下5個實例之情形之焊錫濡濕性。

(實例1)Ni：Sn=95：5

(實例2)Ni：Sn=90：10

(實例3)Ni：Sn=80：20

(實例4)Ni：Sn=60：40

(實例5)Ni：Sn=98：2

圖6係表示將本實形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情 況之照片(重量比Ni：Sn=95：5)。圖9係表示將本實形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=90：10)。圖10係表示將本實形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=80：20)。圖11係表示將本實形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=60：40)。圖12係表示將本實形態之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒後之情況之照片(重量比Ni：Sn=98：2)。

依據圖6、圖9及圖10，於實例1(重量比Ni：Sn=95：5)、實例2(重量比Ni：Sn=90：10)、及實例3(重量比Ni：Sn=80：20)中，焊錫濡濕性良好。然而，根據圖11、圖12，於實例4(重量比Ni：Sn=60：40)、進而於實例5(重量比Ni：Sn=98：2)中，焊錫濡濕性較低。又，自(實例1)~(實例5)發現，若Sn粉末之混合比率為特定之範圍內，則濡濕性變高。參照圖13~圖15說明其理由。

圖13係表示將比較例1之焊錫連接構造52於Sn浴中浸蝕5秒前後之Sn之附著情況之概略圖，左側圖表示Sn浴前，右側圖表示Sn浴後。

如上述般，冷噴塗法係藉由保持固相狀態使金屬粒子以高速碰撞基板而成膜。因此，於焊錫連接構造52中，於噴射Ni粉末41之方向上，成為Ni粉末41之粒子集合體積層於鋁基板30之狀態。另一方面，於與噴射Ni粉末41之方向垂直之方向上，於Ni粉末41之粒子間容易產生空隙或凹陷，於Ni膜之表面形成有較多之凹凸。因此，焊錫連接構造52係：(1)Ni之表面密度變低；(2)Ni膜41a受到氧化物70之影響(圖13左側)。而且，若將該種焊錫連接構造52於Sn浴中浸蝕5秒，則難以於Ni膜之表面附著Sn，Ni膜之一部分露出(如圖13之右側圖所示，附著之Sn60a成為非連續膜)。因該理由，比較例1之焊錫連接構造52之焊錫濡濕性變低。於Ni粉末與Sn粉末之混合粉末中之Sn粉末之重量比 率較特定之範圍低的實例5中亦相同。

圖14係用以說明於Ni粉末41與Sn粉末42之混合粉末中，於Sn粉末42之重量比率為特定範圍內之情形時焊錫濡濕性變高之圖。實例1、2及3相當於圖14。以下，說明於實例1、2及3中焊錫濡濕性變高。

Sn之熔點低於Ni。因此，Sn粉末42於冷噴塗時容易成為半熔融狀態，Sn起到進入Ni粒子之間而使Ni粒子彼此結合之作用。又，藉由該Sn之作用，金屬膜40之表面成為凹凸較少之連接膜。又，因Ni粉末41佔據於混合粉末之比例較高，故於金屬膜40中之Ni密度亦變高。除此之外，Ni層被作為連續膜之Sn層覆蓋，從而受到參照圖13而說明之氧化物70之影響較低。因此，若將該種焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒，則會形成有作為連續膜之Sn膜60b，藉此焊錫濡濕性變高。

圖15係用以說明於Ni粉末41與Sn粉末42之混合粉末中，於Sn粉末42之重量比率較特定之範圍高之情形時焊錫濡濕性變低之圖。實例4相當於圖15。以下，說明於實例4中焊錫濡濕性變低。

Sn起到進入複數個Ni粒子之間而使複數個Ni粒子彼此結合之作用。又，因Sn粉末42於冷噴塗時容易成為半熔融狀態，故金屬膜40成為凹凸較少之連續膜。又，因Ni層被Sn層覆蓋，故受到參照圖13而說明之氧化物70之影響較低。然而，因Ni粉末41佔據於混合粉末之比例較低，故Ni密度變低。因此，於實例4中，若將與實例4對應之焊錫連接構造於Sn浴中浸蝕5秒，則Sn膜之一部分於Sn浴中熔融而露出下層之Ni膜之一部分(如圖15之右側圖所示，附著之Sn60c成為非連續膜)。其結果，於實例4中，焊錫濡濕性變低。

藉由以上之理由，於在鋁基板30上成膜包含Ni粉末41與Sn粉末42之金屬膜40之情形時，可藉由將混合粉末中之Ni粉末之重量比保持於80%以上95%以下而提高焊錫連接構造之濡濕性。

(其他)

於本實施形態之焊錫連接構造中，第一粉末材料亦可不為Ni粉末，而將金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)中之任一者，或包含Ni、Au、Zn、Ag、Cu中之兩種以上之合金作為粉末材料。又，於本實施形態之焊錫連接構造中，第二粉末亦可不為Sn粉末，而使用將包含Sn之合金作為成分之粉末材料。

此處，所謂「合金」係指複數種金屬元素或包含金屬元素與非金屬元素之金屬。合金有各種狀態，有完全熔合之固溶體、於結晶級成分金屬各自獨立之共晶、於原子級以固定比例結合之金屬間化合物等。於本實施形態中，「合金」包含該等各種狀態。

又，「鋁基板」只要係用以實現某種功能之零件、構件即可，可將該等統稱為「鋁基板」。例如，本實施形態之焊錫連接裝置作為其用途可用於電池極耳、匯流排條等。

又，一般而言，於異種金屬之接合(連接)技術中，主要利用螺絲固定、焊接、各種熔接技術。但是，根據金屬之材質而有產生腐蝕之虞。例如，於螺絲固定鋁基板與銅線之情形時，有產生電池作用而鋁基板腐蝕之虞。又，於藉由熔接而固定鋁基板及與鋁不同之金屬材料之情形時，必需除去氧化膜之步驟，從而花費工時與成本。鑒於該種先前之異種金屬之接合(連接)技術所具有之課題，而本實施形態之焊錫連接構造利用冷噴塗。藉此，本實施形態之焊錫連接構造：(1)與先前之鍍敷、蒸鍍、包覆技術相比可擴大材料之組合範圍；(2)能夠進行部分加工；(3)可抑制成本。

本發明並非為限定於上述之各實施形態者，可於技術方案所示之範圍進行各種變更，將不同實施形態中分別揭示之技術性手段適當組合而獲得之實施形態亦包含於本發明之技術性之範圍中。

本發明係可利用於經由焊錫材料而與其他構件連接之焊錫連接構造。

Claims (4)

1. 一種焊錫連接構造，其特徵在於，其係經由焊錫材料而與其他構件連接者，且包含：鋁基材；及金屬膜，其係藉由使用混合粉末材料之冷噴塗法而成膜於上述鋁基材上，該混合粉末材料係將以鎳(Ni)、金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)中之任一者、或包含該等2種以上之合金為成分之第一粉末材料，與以錫(Sn)或包含Sn之合金為成分之第二粉末材料混合而成；上述混合粉末材料按重量比計包含80%以上95%以下之上述第一粉末材料。
2. 如請求項1之焊錫連接構造，其中上述第一粉末材料係將Ni作為成分，且上述第二粉末材料係將Sn作為成分。
3. 一種成膜方法，其特徵在於，其係於鋁基材上將金屬膜成膜者，且藉由對上述鋁基材冷噴塗混合粉末材料而於上述鋁基材上將金屬膜成膜，該混合粉末材料係將以鎳(Ni)、金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)中之任一者、或包含該等2種以上之合金為成分之第一粉末材料，與以錫(Sn)或包含Sn之合金為成分之第二粉末材料混合而成，上述混合粉末材料按重量比計包含80%以上95%以下之上述第一粉末材料。
4. 如請求項3之成膜方法，其中上述第一粉末材料係將Ni作為成分，且上述第二粉末材料係將Sn作為成分。