接合方法及接合零件的制作方法
【專利摘要】在使嵌入部件（2）介于重合在一起的被接合部件（1，1）之間的狀態(tài)下，對該被接合部件（1，1）進(jìn)行相對地加壓，同時進(jìn)行加熱，在被接合部件（1，1）和嵌入部件（2）之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)，將共晶反應(yīng)熔融物與被接合部件的氧化覆蓋膜（1a）一同從接合面排出，并將被接合部件（1，1）接合，在進(jìn)行這種接合時，利用預(yù)先設(shè)置在接合部位的至少一個部位的應(yīng)力集中裝置，破壞氧化覆蓋膜（1a），以成為共晶反應(yīng)的起點(diǎn)的方式使被接合部件（1）和嵌入部件（2）接觸。
【專利說明】接合方法及接合零件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及例如鋁系金屬材料那樣即使是在表面上形成有穩(wěn)定的氧化膜的材料，在大氣中、低溫度下，也能夠進(jìn)行接合，并能夠?qū)δ覆募爸苓叺臒嵊绊懸种频阶钚∠薅鹊牡统杀镜慕雍戏椒ê屠眠@種方法制成的接合零件。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，由于在由鋁系金屬構(gòu)成的材料的表面生成有致密且牢固的氧化覆蓋膜，該氧化覆蓋膜的存在成為障礙，所以對于這些鋁系金屬材料，難以實(shí)現(xiàn)冶金上的接合。
[0003]例如，專利文獻(xiàn)I記載的是如下的技術(shù)，即，在將鋁彼此或者鋁與氧化鋁接合時，使含有與母材產(chǎn)生共晶反應(yīng)的元素的嵌入部件介于被接合面間，在氧氣環(huán)境中使其接觸之后，將上述被接合面加熱到產(chǎn)生共晶反應(yīng)的溫度范圍，在接觸面上生成共晶反應(yīng)的熔融液相和母材成分與存在于接觸面的空隙內(nèi)的氧的反應(yīng)生成的氧化物相(參照本發(fā)明第一方面)。由此，母材表面的氧化覆蓋膜被破壞，與熔融液中的成分和氧的反應(yīng)生成的氧化物一同混入熔融液相中(參照第3頁左欄中央)。
[0004]此外，作為鋁系金屬的接合技術(shù)，也得知使用由Al - Si系合金構(gòu)成的釬料的釬焊，但在這種情況下，需要通過使用例如氟化物系的助焊劑，來去除氧化覆蓋膜。
[0005]專利文獻(xiàn)1:(日本)特公平3 - 66072號公報
[0006]但是，在上述專利文獻(xiàn)I記載的方法中，嵌入部件和母材接觸，產(chǎn)生共晶反應(yīng)，在嵌入部件和母材的接觸部，需要機(jī)械地破壞接合面的氧化覆蓋膜，用于其的載荷(表觀的壓力)非常大。因此，由于該大的載荷，被接合部件會變形，具有增大對被接合部件的損害之類的問題。
[0007]特別是，在被接合部件為半導(dǎo)體等的情況下，通過施加高的載荷，會損害半導(dǎo)體的功能，所以作為這種材料，具有不能應(yīng)用上述的接合方法之類的問題。
[0008]另外，由于接合在氧氣環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，所以需要特殊的腔室，也存在設(shè)備成本會增加這樣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是鑒于包含如鋁系金屬材料那樣在接合面上具有在常溫下穩(wěn)定的氧化膜的部件的接合的上述課題而完成的，其目的在于，提供一種在大氣中進(jìn)行這種接合，并且不使用助焊劑，能夠在低加壓下進(jìn)行接合的接合方法。
[0010]另外，本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于，提供一種適用這種接合方法的各種接合零件。
[0011]本
【發(fā)明者】們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)上述目的，重復(fù)進(jìn)行了銳意的研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使嵌入部件介于被接合部件之間，且將在母材和嵌入部件之間產(chǎn)生的共晶反應(yīng)熔融物與氧化覆蓋膜一同排出而將被接合部件接合時，通過在接合部位設(shè)置應(yīng)力集中裝置，能夠解決上述課題，直至完成了本發(fā)明。
[0012]即，本發(fā)明是基于上述見解的發(fā)明，在本發(fā)明的接合方法中，在使嵌入部件介于重合在一起的被接合部件之間的狀態(tài)下，對該被接合部件進(jìn)行相對地加壓，同時進(jìn)行加熱，在被接合部件和嵌入部件之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)，將共晶反應(yīng)熔融物與被接合部件的氧化覆蓋膜一同從接合面排出，將上述被接合部件接合，在進(jìn)行這種接合時，將用于破壞上述氧化覆蓋膜的應(yīng)力集中裝置設(shè)置于接合部位的至少一個部位。
[0013]另外，本發(fā)明的接合零件是通過上述方法而接合得到的，其特征在于，被接合部件的新生面被接合。
[0014]進(jìn)而，本發(fā)明的接合構(gòu)造的特征在于，在接合界面上，斷續(xù)地形成有被接合部件彼此的直接接合部、經(jīng)由含有上述被接合部件的氧化覆蓋膜和共晶反應(yīng)物的混合物的間接接合部。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，由于在接合部位的至少一個部位設(shè)有例如突起那樣的應(yīng)力集中裝置，所以能夠降低破壞母材表面的氧化覆蓋膜而形成共晶反應(yīng)的起點(diǎn)所需要的載荷(加壓力)，能夠減少因被接合部件的變形而引起的損害。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1 (a)?(e)是概要地表示本發(fā)明接合方法的接合過程的工序圖；
[0017]圖2 (a)?(C)是表示本發(fā)明接合方法的應(yīng)力集中裝置的形狀及形成部位的例子的說明圖；
[0018]圖3 (a)?(C)是表示本發(fā)明接合方法的應(yīng)力集中裝置的形狀例的說明圖；
[0019]圖4 (a)及(b)是表示本發(fā)明接合方法的涉及接觸面積的應(yīng)力集中裝置的頂點(diǎn)位置的變動的影響的說明圖；
[0020]圖5是作為通過本發(fā)明的接合方法接合而成的零件的一個例子來表示半導(dǎo)體芯片的貼裝構(gòu)造的概要圖；
[0021]圖6是作為通過本發(fā)明的接合方法接合而成的零件的另一個例子來表示燃料電池用的隔板的構(gòu)造的概要圖；
[0022]圖7是作為通過本發(fā)明的接合方法接合而成的零件的其他例子來表示分割鑄造式發(fā)動機(jī)缸體的構(gòu)造的概要圖；
[0023]圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例所使用的圓棒的外觀形狀的立體圖；
[0024]圖9 (a)?(C)是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中形成于接合面的應(yīng)力集中裝置的形狀的立體圖；
[0025]圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例的圓棒的對接接合的要領(lǐng)的概要圖；
[0026]圖11是表示本發(fā)明接合方法的涉及接合強(qiáng)度的間距及長寬比的影響的曲線圖；
[0027]圖12是作為通過本發(fā)明接合方法而得到的接合部截面的一個例子來表示實(shí)施例5的接合部的電子顯微鏡照片。
[0028]符號說明
[0029]1、3、4被接合部件
[0030]Ia氧化覆蓋膜
[0031]lc、4c應(yīng)力集中裝置
[0032]2、5、35、36、37 嵌入部件
[0033]D直接接合部[0034]M間接接合部【具體實(shí)施方式】
[0035]下面，進(jìn)一步詳細(xì)且具體地對本發(fā)明的接合方法與通過該方法得到的接合零件的構(gòu)造等一同進(jìn)行說明。此外，在本說明書中，“％”只要沒有特別說明，就是質(zhì)量百分率的意思。
[0036]本發(fā)明的接合方法在被接合部件和介于其間的嵌入部件之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)，將所生成的共晶反應(yīng)熔融物與被接合部件表面的氧化覆蓋膜一同從接合面排出，即使在接合面上產(chǎn)生了牢固的氧化覆蓋膜，也能夠通過共晶反應(yīng)，進(jìn)行通過新生面的牢固接合。
[0037]此時，在本發(fā)明的接合方法中，在接合部位的至少一個部位，例如，接合面的一方或雙方，或者嵌入部件的與被接合部件的接觸面上，設(shè)有例如突起(凹凸構(gòu)造)那樣的應(yīng)力集中裝置。因此，成為如下的低成本的接合方法，即，能夠以低載荷破壞母材表面的氧化覆蓋膜而作為共晶反應(yīng)的起點(diǎn)，即使是半導(dǎo)體零件及板厚為1_以下那樣的較薄的部件，也能夠以低加壓進(jìn)行接合，能夠最小限度抑制對被接合部件及周邊的影響。
[0038]在本發(fā)明的接合方法中，在接合部位(例如，被接合部件的接合面)形成有應(yīng)力集中裝置(例如，凹凸構(gòu)造)。
[0039]接下來，首先使含有與被接合部件產(chǎn)生共晶反應(yīng)的元素的嵌入部件介于具備這種應(yīng)力集中裝置的接合面之間。
[0040]而且，在接合時，對兩被接合部件施加相對的載荷，通過形成于接合面的應(yīng)力集中裝置，使局部的應(yīng)力增大，局部地破壞被接合部件的氧化覆蓋膜。雙方的氧化覆蓋膜被局部、機(jī)械地破壞，兩被接合部件的新生面露出，當(dāng)達(dá)到產(chǎn)生共晶反應(yīng)的溫度時，就產(chǎn)生共晶反應(yīng)，在兩材料的接合界面上生成母材中的元素和嵌入部件所含的元素的共晶反應(yīng)的熔融物。
[0041]通過持續(xù)地向被接合部件的加壓，將母材表面的氧化覆蓋膜與所產(chǎn)生的共晶反應(yīng)熔融物一同從接合界面排出，直接將被接合部件的接合面接合。
[0042]此時，由于在接合面上形成有應(yīng)力集中裝置(凹凸構(gòu)造)，且其凸部前端選擇地與對方面接觸，使應(yīng)力局部地增大，所以能夠以低的載荷將氧化覆蓋膜局部破壞，引起共晶反應(yīng)，能夠在低的載荷下，實(shí)現(xiàn)新生面的牢固接合。
[0043]圖1 (a)?(e)是表示本發(fā)明接合方法的鋁系金屬材料彼此的接合工藝的概要圖。
[0044]首先，如圖1 (a)所示，在將含有Zn (鋅)的材料例如由鋅箔構(gòu)成的嵌入部件2作為與Al產(chǎn)生共晶反應(yīng)的材料夾持在作為被接合部件的鋁系金屬材料即鋁合金部件1、I之間的狀態(tài)下進(jìn)行重疊。
[0045]此時，在鋁合金部件1、1的表面，在此，在圖中上側(cè)的合金部件的接合面上，形成有凹凸構(gòu)造的應(yīng)力集中裝置lc，進(jìn)而在其表面生成以A1203為主要成分的氧化覆蓋膜la。
[0046]接著，如圖1 (b)所示，對兩合金部件1、1進(jìn)行加壓，使兩者經(jīng)由嵌入部件2而密合，進(jìn)而，施加載荷的同時開始加熱。于是，盡管是低載荷，應(yīng)力集中裝置Ic的凸部前端接觸到的部位的應(yīng)力也局部地急劇上升，合金部件I的氧化被膜Ia被機(jī)械地破壞，出現(xiàn)龜裂C0
[0047]在經(jīng)由龜裂C而合金部件I的新生面和嵌入部件2直接接觸的狀態(tài)下，當(dāng)接合面的溫度達(dá)到產(chǎn)生共晶反應(yīng)的溫度時，就在與合金部件I中的Al之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)，且產(chǎn)生共晶熔融相。然后，如圖1 (d)所示，共晶熔融范圍擴(kuò)大，被破壞的氧化覆蓋膜Ia的碎片分散在共晶熔融相中。
[0048]通過繼續(xù)加壓，如圖1 (e)所示，共晶反應(yīng)熔融物從接合界面排出，分散在該液相中的氧化覆蓋膜Ia的碎片也與共晶熔融物一同成為排出物D，同時從接合界面被擠出，兩合金部件1、1的新生面相互接合。
[0049]此外，根據(jù)接合條件，來自嵌入部件的混合物在這種情況下為含有Zn或Zn — Al合金等的微量的混合物往往也局部地殘留于接合界面。
[0050]就上述應(yīng)力集中裝置Ic的形成位置而言，只要形成于接合部位的一個部位以上即可，如上所述，除形成于被接合部件即合金部件1、1的接合面的一方以外，如圖2 (a)所示，還可設(shè)置于接合面的雙方。通過形成于兩面，能夠使氧化覆蓋膜的破壞起點(diǎn)更多。
[0051]另外，如圖2(b)所示，也可形成于嵌入部件2。這樣，不需要在被接合部件的生產(chǎn)工序中追加應(yīng)力集中裝置的制作工序，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的接合。
[0052]另外，作為應(yīng)力集中裝置Ic的形狀，例如可采用如圖3 (a)?(C)所示的形狀。
[0053]S卩，如圖3 (a)所示，作為梯形截面的凹凸構(gòu)造，如果將凸部前端設(shè)為大致平面，則即使應(yīng)力集中度下降許多，也能夠容易形成應(yīng)力集中裝置，能夠削減加工費(fèi)用。
[0054]另外，如圖3 (b)所示，也可采用將三角柱并列在一起那樣的凹凸構(gòu)造。由此，凹凸構(gòu)造的凸部前端成為線狀的結(jié)構(gòu)，可提高應(yīng)力集中度，能夠提高氧化覆蓋膜的斷裂性能。
[0055]此時，通過將這種應(yīng)力集中裝置Ic形成在接合面的相對向的兩面，且以各自的凸部前端線的方向相互交叉的方式配置，接合面彼此進(jìn)行點(diǎn)接觸，能夠進(jìn)一步提高局部應(yīng)力，即使降低了接合時的載荷，也能夠得到高的接合強(qiáng)度。此外，作為應(yīng)力集中裝置Ic的線狀前端部的交叉角度，優(yōu)選設(shè)為直角，但通過設(shè)為10°以上，可能得到大致的效果。
[0056]另外，如圖3 (C)所示，也可采用將四角錐沿縱橫方向并列在一起的凹凸構(gòu)造，由于凹凸構(gòu)造的凸部前端成為點(diǎn)狀，所以可進(jìn)一步提高應(yīng)力集中度，能夠提高氧化覆蓋膜的斷裂性能。
[0057]作為應(yīng)力集中裝置Ic的形狀，只要具備可使應(yīng)力集中而促進(jìn)氧化覆蓋膜破壞的功能，則沒有量的(凸部的數(shù)量)或形狀的限制，除上述形狀以外，也可采用波紋形或半圓錐體形、半球狀等將凸部前端設(shè)為曲面的形狀。此外，該曲面的曲率半徑越小，應(yīng)力集中越顯著，氧化覆蓋膜越易破壞，這是不目而喻的。
[0058]作為應(yīng)力集中裝置lc，其凹凸構(gòu)造的形狀優(yōu)選為長寬比0.001以上、間距Ιμπι以上，進(jìn)而，希望為長寬比0.1以上、間距10 μ m以上。S卩，在長寬比不足0.001、間距不足Iym的情況下，往往不能充分地使應(yīng)力集中，氧化覆蓋膜的破壞變得困難。
[0059]另外，對于形成作為應(yīng)力集中裝置Ic的凹凸構(gòu)造的凸部的高度，優(yōu)選設(shè)為形成于接合面的全部的凸部的頂點(diǎn)的高度偏差范圍(頂點(diǎn)位置的高低差)以上。由此，如圖4 (a:沒有應(yīng)力集中裝置的情況)及(b:設(shè)有應(yīng)力集中裝置的情況)所示，利用凹凸構(gòu)造的變形，能夠增大接合面整體的接觸面積。
[0060]為了在應(yīng)力集中裝置Ic上，應(yīng)力集中于構(gòu)成凹凸的各凸部，局部產(chǎn)生較大的塑性變形，使接合面的接觸面積增大。因此，如圖2 (C)所示，通過設(shè)為多種形狀的凸部混雜在一起的凹凸形狀，能夠調(diào)節(jié)并優(yōu)化應(yīng)力集中效果和實(shí)質(zhì)接觸面積的提高效果。[0061]上述的應(yīng)力集中裝置Ic可通過切削加工、磨削加工、塑性加工(輥加工)、激光加工、放電加工、蝕刻加工、光刻等來形成，作為其形成方法，并沒有特別限定。但是，根據(jù)塑性加工，能夠以非常低的成本來形成。
[0062]以上，對利用由鋅箔構(gòu)成的嵌入部件將鋁系金屬材料接合的例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的接合方法并不局限于這種組合。
[0063]S卩，作為鋁系金屬材料的接合所使用的嵌入部件，只要是可在與Al之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)的金屬材料即可，除使用鋅箔以外，也可使用鎂(Mg)箔、錫(Sn)箔及Zn、Mg、Sn或以它們?yōu)橹饕煞值暮辖?，進(jìn)而使用這些金屬和Al的合金。在此，“主要成分”是指上述金屬的含量為80%以上的成分。具體而言，意味著含有80%以上的Zn、Mg、Sn、Zn + Mg、Zn + Sn、Mg + Sn、Zn + Mg + Sn、Zn + Al、Mg + Al、Sn + Al、Zn + Mg + Al、Zn + Sn + Al、Mg +Sn + Al、Zn + Mg + Sn + Al的金屬(純金屬或合金)。
[0064]另外，作為在與Al之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)的金屬，也可使用Cu (銅),但由于Cu的熔點(diǎn)比Al的熔點(diǎn)高，所以作為嵌入部件，需要使用通過預(yù)先使Al合金化而進(jìn)行了成分調(diào)節(jié)的Cu - Al合金，以使其熔點(diǎn)比鋁合金母材的熔點(diǎn)低。
[0065]另外，作為被接合部件，也不局限于鋁系金屬材料，例如可應(yīng)用于銅及銅合金、鎂及鎂合金、鎳及鎳基合金、鐵系材料的接合。
[0066]此外，只要不是如被接合部件雙方都為鋁或鎂系金屬材料那樣形成牢固的氧化覆蓋膜，也能夠適用于不同材料間的接合。
[0067]作為銅或銅系合金的接合的嵌入部件，例如可以通過上述的要領(lǐng)來使用Al、Ag(銀)、Sn或它們的合金。
[0068]此外，作為在與Cu之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)的金屬，除上述以外，還可列舉出Ti (鈦)，但由于Ti的熔點(diǎn)比Cu的熔點(diǎn)高，所以需要與上述同樣，使用預(yù)先將Cu與Ti合金化而成的熔點(diǎn)比Cu低的合金作為嵌入部件。
[0069]另外，作為鎂或鎂系合金的接合所使用的嵌入部件，例如可以通過上述同樣的要領(lǐng)使用Al、Zn或它們的合金。
[0070]此外，Si (硅)也是在與Mg之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)的元素，但由于Si的熔點(diǎn)比Mg的熔點(diǎn)高，所以需要與上述同樣，使用預(yù)先將Mg合金化而成的熔點(diǎn)比Mg低的合金作為嵌入部件。另外，就上述Al而言，也接近Mg的熔點(diǎn)，所以同樣，希望使用將Mg合金化而成的嵌入部件。
[0071]另外，作為鎳或鎳基合金的接合所使用的嵌入部件，例如可以通過同樣的要領(lǐng)使用Cu或它們的合金。
[0072]另外，除Cu以外，作為在與Ni之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)的金屬，可列舉出Ti，Nb (銀)，Cr(鉻)，但這些金屬的熔點(diǎn)都比Ni的熔點(diǎn)高，所以與上述同樣地需要使用通過預(yù)先將Ni合金化而成的比Ni低熔點(diǎn)化后的合金作為嵌入部件。
[0073]而且，作為鐵系材料的接合，可使用通過將C、N或Cr與Fe合金化而比母材低熔點(diǎn)化后的材料作為嵌入部件。
[0074]作為這種嵌入部件的形狀或介于兩被接合部件之間的方法，由于組成及形狀(厚度)等相關(guān)的選擇自由度高，所以希望以箔的形態(tài)夾入兩材料之間。
[0075]另外，也可通過鍍敷或粉末熔敷法，預(yù)先在兩材料的一方或雙方的接合面上覆蓋嵌入部件，在這種情況下，通過覆蓋，能夠防止氧化覆蓋膜的生成，所以在應(yīng)用于不同材料接合的情況下，特別有效。
[0076]本發(fā)明的接合方法也可在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行，但即使在大氣中也能夠不受任何阻礙地進(jìn)行。
[0077]當(dāng)然，也可在真空中進(jìn)行，但不僅需要真空設(shè)備，而且通過嵌入部件的熔融，有可能損傷真空計或閘閥，因此在大氣中進(jìn)行時，在成本方面有利。
[0078]在本發(fā)明的接合方法中，作為將接合部加熱、維持在上述溫度范圍的手段并沒有特別限定，例如可采用電阻加熱或高頻加熱、紅外線加熱、或者將它們組合在一起的方法。
[0079]另外，對于接合溫度，當(dāng)過高時，母材就會熔透，因此，會產(chǎn)生液相過剩，當(dāng)液相過多時，就會殘存于接合界面，具有得不到強(qiáng)度的趨勢。具體而言，優(yōu)選為共晶點(diǎn)以上至共晶點(diǎn)+ 100°C的溫度范圍。
[0080]對于向上述接合溫度的升溫速度，在較慢的情況下，界面被氧化，熔融物的排出性下降，往往成為強(qiáng)度下降的原因，所以希望快。特別是在大氣中的接合的情況下，具有該趨勢。具體而言，希望為3°C /秒以上，更希望為10°C /秒以上，進(jìn)一步希望為25°C /秒以上。
[0081]另外，作為本發(fā)明接合方法的接合時的加壓力，可以以30MPa以下的低的加壓力進(jìn)行接合，能夠降低附加載荷，防止被接合部件的損傷，并且能夠簡化加壓系統(tǒng)，抑制能量消耗，從而實(shí)現(xiàn)成本的降低。
[0082]作為通過本發(fā)明接合方法得到的接合構(gòu)造，為在被接合部件的接合界面上斷續(xù)地形成有被接合部件彼此的直接接合部、經(jīng)由含有上述被接合部件的氧化覆蓋膜和共晶反應(yīng)物的混合物的間接接合部的構(gòu)造，且成為接合強(qiáng)度高，且具備密封性的變形少的接合構(gòu)造。
[0083]通過本發(fā)明的接合方法而接合成的零件的構(gòu)造的共晶反應(yīng)熔融物和氧化覆蓋膜等的混合物從接合面排出，兩被接合部件直接接合。但是，根據(jù)接合條件，混合物不一定能夠完全排出，在這種情況下，夾雜混合物的部分分散在直接接合后的部分之間。
[0084]另外，在被接合部件(在上述的例子中，鋁合金部件)的接合面附近，會看到來自嵌入部件的成分(在上述的例子中，Zn)的擴(kuò)散現(xiàn)象，由此，能夠進(jìn)一步提高接合強(qiáng)度。
[0085]圖5是作為本發(fā)明實(shí)施方式來表示通過上述接合方法將半導(dǎo)體芯片接合而成的半導(dǎo)體零件的構(gòu)造的概要剖面圖。
[0086]S卩，圖示的半導(dǎo)體零件具備固定在散熱器11上的絕緣基板12，且具備在配置于該基板12的表面上的配線金屬13上接合有硅芯片14的構(gòu)造。
[0087]上述配線金屬13由鋁合金構(gòu)成，預(yù)先在硅芯片14的接合面上實(shí)施鋁的涂布，這些鋁系金屬彼此通過本發(fā)明方法而接合。
[0088]在這些配線金屬13與硅芯片14的接合時，預(yù)先在鋁合金制的配線金屬13的接合面上，通過塑性加工或切削加工而形成作為應(yīng)力集中裝置的凹凸。然后，在這些配線金屬13與娃芯片14之間，配置厚度25 μ m的Al — Sn — Zn合金的淬火箔帶作為嵌入部件,利用夾具，以通常施加15MPa以下的加壓力的方式進(jìn)行固定。
[0089]然后，以該狀態(tài)收納在例如釬焊爐內(nèi)，通過在400°C下保持I分鐘，由此，能夠?qū)⑴渚€金屬13和硅芯片14接合。
[0090]根據(jù)該方法，可在低溫度下、短時間內(nèi)完成接合，所以能夠?qū)Π雽?dǎo)體芯片的熱影響抑制到最小限度，能夠防止零件的變形或性能劣化。另外，能夠同時接合多個芯片。此外，作為半導(dǎo)體芯片，除使用上述的硅芯片以外，還可使用各種芯片例如，SiC或GaN等。
[0091]圖6是作為本發(fā)明另一實(shí)施方式來表示通過上述接合方法接合而成的燃料電池用鋁合金制隔板的構(gòu)造的剖面圖。
[0092]在圖中，燃料電池用隔板通過將對鋁合金板材(例如，5000系、6000系)進(jìn)行沖壓成形而成的兩塊波紋板材21、22如圖所示地重疊，然后利用本發(fā)明方法將重合在一起的部分接合，成為具有形成有燃料氣體或氧化性氣體的通路23的構(gòu)造。此時，在波紋板材22的接合面上，同樣形成有作為應(yīng)力集中裝置的凹凸構(gòu)造。
[0093]在接合時，在將由厚度100 μ m的帶狀鋅箔構(gòu)成的嵌入部件配置在接合部分的狀態(tài)下，將兩波紋板材21、22重疊，在利用夾具固定為加壓狀態(tài)以后，收納在高頻感應(yīng)加熱爐內(nèi)。
[0094]然后，通過例如同樣地升溫并保持在450°C，兩板材21、22被接合，鋁合金制的燃料電池用隔板完成。
[0095]在這樣制造出的隔板中，與上述同樣地，能夠得到密封性優(yōu)異，變形少，沒有漏氣的危險性的高精度的燃料電池堆。
[0096]另外，根據(jù)該方法，也可將許多隔板收納在大型爐內(nèi)，同時將多個接合部位接合，與TIG焊接或激光焊接的制造相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的制造。
[0097]圖7是作為本發(fā)明的一個實(shí)施方式來表示通過上述接合方法接合而成的分割鑄造式的發(fā)動機(jī)缸體的構(gòu)造的概要圖。
[0098]圖示的發(fā)動機(jī)缸體由壓鑄用鋁合金例如Al — Si — Cu — Mg系合金(AC4D)分割鑄造而成的四個毛坯31、32、33、34構(gòu)成。
[0099]這四個分割毛坯31、32、33及34在其接合面上預(yù)先形成有作為應(yīng)力集中裝置的凹凸之后，如圖所示，在各毛坯之間夾著在相當(dāng)于缸筒的位置分別形成有圓形孔的厚度300 μ m的純鋅箔制嵌入部件35、36、37的狀態(tài)下進(jìn)行重疊。
[0100]然后，通過規(guī)定的夾具，相互固定成加壓狀態(tài)，之后在高頻感應(yīng)加熱爐中，通過升溫、保持在產(chǎn)生Al和Zn的共晶反應(yīng)的382?482°C左右的溫度范圍例如450°C，各分割毛還分別被接合，發(fā)動機(jī)缸體完成。
[0101]這樣制造出的發(fā)動機(jī)缸體成為密封性優(yōu)異、變形少的缸體。另外，在鑄造時，不需要缸筒形成用的型芯，因此，設(shè)計的自由度提高。
[0102]實(shí)施例
[0103]下面，基于實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0104](I — I)試樣材料
[0105]如圖8所示，準(zhǔn)備出由鋁合金A606KA1 — Mg — Si系)構(gòu)成的長度15mm、直徑5mm的圓棒3和長度25mm、直徑IOmm的圓棒4。
[0106]此時，作為本發(fā)明的實(shí)施例，在接合面的一方或雙方的端面上，通過精密切削加工，分別形成有如圖9 (a)?(C)所示的由凹凸構(gòu)造構(gòu)成的應(yīng)力集中裝置4c。此外，對未形成有這種應(yīng)力集中裝置的另一方的接合面實(shí)施了鏡面加工。
[0107]另外，為了進(jìn)行比較，準(zhǔn)備出通過研磨加工而對兩接合面實(shí)施了鏡面加工的試樣，供以下的接合試驗(yàn)。
[0108]作為嵌入部件，準(zhǔn)備出直徑8mm的由Zn — Al — Sn合金構(gòu)成的厚度100 μ m的淬火箔帶。
[0109](I 一 2)接合要領(lǐng)
[0110]如圖10所示，在圓棒3、4的接合端面間配置上述組成、尺寸的嵌入部件5，在大氣中，在通過鐵砧A、A進(jìn)行了加壓的狀態(tài)下，通過配置于接合部的周圍的高頻加熱線圈S，加熱到400~500°C，達(dá)到目標(biāo)接合溫度后，保持I分鐘，進(jìn)行接合。此時的升溫速度設(shè)為10°C /秒。另外，接合溫度通過焊接于圓棒4的接合端面附近的側(cè)面的R型熱電偶T進(jìn)行測定。此外，鐵砧A、A的加壓從常溫開始，在接合結(jié)束后，卸下載荷。
[0111]另外，如上所述，對另外準(zhǔn)備的未形成有應(yīng)力集中裝置的圓棒，也通過同樣的要領(lǐng)進(jìn)行接合，作為比較例。
[0112](I — 3)評價方法
[0113]通過萬能試驗(yàn)器的拉伸試驗(yàn)對所得到的試驗(yàn)片的接合強(qiáng)度進(jìn)行評價。此時的試驗(yàn)速度設(shè)為1_ /分鐘。將該結(jié)果與應(yīng)力集中裝置的形狀及接合條件一同表示在表1中。
[0114][表1]
[0115]
【權(quán)利要求】
1.一種接合方法，其特征在于，在使嵌入部件介于重合在一起的被接合部件之間的狀態(tài)下，對被接合部件進(jìn)行相對地加壓，同時進(jìn)行加熱，在被接合部件和嵌入部件之間產(chǎn)生共晶反應(yīng)，將所產(chǎn)生的共晶反應(yīng)熔融物與被接合部件的氧化覆蓋膜一同從接合面排出，并將所述被接合部件接合，在進(jìn)行這種接合時， 將用于破壞所述氧化覆蓋膜的應(yīng)力集中裝置設(shè)置在接合部位的至少一個部位。
2.如權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置形成為凹凸構(gòu)造。
3.如權(quán)利要求1或2所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置設(shè)置在被接合部件的接合面的至少一方。
4.如權(quán)利要求3所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置設(shè)置在被接合部件的接合面的雙方。
5.如權(quán)利要求1或2所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置設(shè)置于嵌入部件。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的接合方法,其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置形成為凹凸構(gòu)造，其凸部前端形狀為大致平面。
7.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置形成為凹凸構(gòu)造，其凸部前端形狀為線狀。
8.如權(quán)利要求4所述的接合方法，其特征在于， 形成為凹凸構(gòu)造且其凸部前端形狀為線狀的應(yīng)力集中裝置相互交叉地配置。
9.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置形成為凹凸構(gòu)造，其凸部前端形狀為大致點(diǎn)狀。
10.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述應(yīng)力集中裝置形成為凹凸構(gòu)造，其凸部前端形狀為大致球狀。
11.如權(quán)利要求2~10中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述凹凸構(gòu)造的凸部的高度為整個凸部的頂點(diǎn)的高低差以上。
12.如權(quán)利要求2~11中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述凹凸構(gòu)造的形狀為長寬比0.001以上、間距1um以上。
13.如權(quán)利要求12所述的接合方法，其特征在于， 所述凹凸構(gòu)造的形狀為長寬比0.1以上、間距10 μ m以上。
14.如權(quán)利要求2~13中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述凹凸構(gòu)造的凸部的形狀存在有多種。
15.如權(quán)利要求2~14中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述凹凸構(gòu)造通過塑性加工而形成。
16.如權(quán)利要求1~15中任一項(xiàng)所述的接合方法,其特征在于， 接合時的加壓力為30MPa以下。
17.如權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 所述嵌入部件為箔狀材料。
18.一種接合零件，由權(quán)利要求1~17中任一項(xiàng)所述的方法而制成，其特征在于， 被接合部件的新生面彼此直接接合。
19.如權(quán)利要求18所述的接合零件，其特征在于， 來自所述嵌入部件的成分?jǐn)U散到被接合部件的接合面附近。
20.一種接合構(gòu)造，由權(quán)利要求1~17中任一項(xiàng)所述的方法而制成，其特征在于， 在接合界面上，斷續(xù)地形成有被接合部件彼此的直接接合部、經(jīng)由含有所述被接合部件的氧化覆蓋膜和共晶反應(yīng)物的混合物的間接接合部。
【文檔編號】B23K20/00GK103648705SQ201280034273
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】中川成幸, 上原義貴, 山本千花, 宮本健二, 南部俊和 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社