JP2007229801A - 接合部材、接合部材の製造方法、及び接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被接合材21,22同士の接合を行うための接合部材1であり、粒状の核材11と、該核材11を被覆する被覆材12とを少なくとも備えたものであって、接合部材1の核材11の粒径は、5〜100nmであり、接合部材1の被覆材12の厚みは、5〜100nmである。
【選択図】図2
Description
[実施例1]
<被接合材>
被接合材として、図3に示すような直径d5mm、高さh2mmの小径円柱片21(無酸素銅)、及び直径D10mm、高さH5mmの大径円柱片22(無酸素銅)を製作した。
この2つの円柱片の端面を接合面として接合を行うための接合部材として、図1に示すような粒状の核材11と、該核材11を被覆する被覆材12とを備えた接合部材1を製作した。具体的には、以下の表1の(○)に示す如き核材11の粒径と被覆材12の厚みの組み合わせとなるように、接合部材1の核材11にアルミナ(酸化アルミニウム)を用い、接合部材1の被覆材12にニッケルを用い、核材の粒径を5〜100nmの範囲とし(具体的には粒径が5nm,60nm,100nmのいずれかの粒径とし)、この核材の表面に、ニッケル金属ターゲットを用いたアンバランスドマグネトロンスパッタリング装置(神戸製鋼所製)を用いて、物理気相成長法(PVD)によりスパッタリングを行い、核材の表面に、被覆材の厚みが5〜100nmの範囲となるように(具体的には、被覆材の厚みが5nm,30nm,60nm,100nmのいずれかの被覆材の厚みとなるように)、被覆材を形成した。
これら接合部材のうち1つを選択し、エタノール溶媒中に複数の接合部材を分散してペースト状にして、前述した小径円柱片21の端面(接合面)に塗布し、大気中100℃×30分で溶媒を除去した。さらに、真空条件下で、接合部材が塗布された小径円柱片21の端面と大径円柱片22の端面とを対向させて、接合部材を圧力5MPaで加圧すると共に、接合部材の温度が300℃になるように加熱した。そして、接合部材からなる接合部10の厚さが50μmとなるように、小径円柱片21と大径円柱片22とを接合し、図3に示すような、試験片を製作した。
図3に示す試験片の大径円柱片側を保持し、接合した小径円柱片21の側面に荷重を負荷させて、試験片の接合部10にせん断力を与え、接合部10のせん断強度の測定を行った。この結果を表1に示す。
さらに、上記と同様の試験片を製作し、この試験片を40℃〜250℃に加熱しさらに250℃〜40℃に冷却する工程を1サイクルとし、このサイクルを1000サイクル繰り返した。そして、この試験後の接合部の組織観察及び上記と同様のせん断強度測定試験を行った。この結果を以下の表2に示す。
実施例1と同じようにして試験片の製作を行った。実施例1と異なる点は、表1の(●)に示す如き核材の粒径と被覆材の厚みの組み合わせとなるようにして、接合部材を製作した。具体的には、前述した実施例の接合部材のうち、核材の粒径又は被覆材の厚みのいずれか一方又は双方を3nm(5nmよりも小さく)した接合部材、核材の粒径又は被覆材の厚みのいずれか一方又は双方を150nm(100nmよりも大きく)した接合部材、または、核材の粒径又は被覆材の厚みのいずれか一方を3nmとし、他方を150nmにした接合部材を製作した。そして、これらの接合部材を用いて実施例1と同様の接合方法により試験片を製作し、せん断強度測定試験を行った。この結果を表1に示す。
実施例1と同じ被接合材を用いて、試験片を製作した。実施例1と異なる点は、接合部材の代わりにSn−Pb系の高温はんだを用いて試験片を接合した点である。そして、実施例と同じように、せん断強度測定試験及び冷熱サイクル耐久試験をおこなった。この結果を表1及び表2に示す。
表1に示すように、比較例1,2に比べて、実施例1の試験片のせん断強度は高かった。また、比較例1の試験片のせん断強度は、比較例2に比べて、低かった。表2に示すように、比較例2に比べて、実施例1の冷熱サイクル耐久試験後のせん断強度の低下はほとんどなかった。さらに、比較例2の冷熱サイクル耐久試験後の試験片の接合部には、大きな亀裂が発生していたが、実施例1の試験片の接合部には、損傷はみられなかった。
このような結果から、実施例の試験片1は、被覆材の融点よりも低い300℃の温度条件(被覆材の融点の絶対温度30%程度の温度条件)下で接合したにもかかわらず、たとえ、接合温度に近い温度である250℃の熱サイクルを接合部に加えたとしても、安定した接合状態が維持可能であることがわかった。これは、実施例1の接合部材の如く、核材の粒径を、5〜100nmとし、被覆材の厚みを、5〜100nmと、ナノオーダの大きさの粒子としたことにより、接合部材が結合し易くなったことによると考えられる。さらに、この接合部に介在した核材により、接合部の残留応力の緩和、接合部の亀裂進展の抑制が可能となり、熱サイクルにより機械的強度の低下が低減され、耐久性が向上したと考えられる。
Claims (11)
- 被接合材同士の接合を行うための接合部材であり、該部材は、粒状の核材と、該核材の表面に被覆した被覆材とを少なくとも備えたものであって、
前記接合部材の核材の粒径は、5〜100nmであり、
前記接合部材の被覆材の厚みは、5〜100nmであることを特徴とする接合部材。 - 前記核材の融点は、前記被覆材の融点よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の接合部材。
- 前記被覆材の融点は、250℃以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の接合部材。
- 前記核材は、酸化アルミニウムからなり、前記被覆材は、ニッケルからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の接合部材。
- 被接合材同士の接合を行うための接合部材の製造方法であって、
前記製造方法は、粒径5〜100nmの粒状の核材の表面に、厚さ5〜100nmの被覆材を被覆することを特徴とする接合部材の製造方法。 - 前記核材の融点は、前記被覆材の融点よりも高いことを特徴とする請求項5に記載の接合部材の製造方法。
- 前記被覆材の融点は、250℃以上であることを特徴とする請求項5または6に記載の接合部材の製造方法。
- 前記核材に酸化アルミニウムを用い、前記被覆材にニッケルを用いることを特徴とする請求項5〜7に記載の接合部材の製造方法。
- 前記請求項1〜4のいずれかに記載の接合部材を介して、被接合材の接合面同士を接合する接合方法であって、
少なくとも一方の前記接合面に複数の前記接合部材を配置する工程と、前記接合面同士が対向するように前記被接合材を配置する工程と、前記対向した接合面により前記接合部材を加圧すると共に前記接合部材を加熱しながら前記接合面同士を接合する工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 - 前記接合部材の加熱は、前記被覆材の融点よりも低い温度条件で加熱されることを特徴とする請求項9に記載の接合方法。
- 前記請求項9又は10に記載の接合方法により接合面同士を接合した被接合材を備えたインバータであって、前記一方の被接合材は、前記インバータを構成する半導体デバイスであり、前記他方の被接合材は、前記インバータを構成するベース材であることを特徴とするインバータ。
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