(57)【要約】      （修正有）【課題】フラックスや特別な装置を用いることなく、ボイドの少ない高信頼性の固相接合を実現する。【解決手段】Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材と、第２の金属部材との接合方法であって、ギ酸溶液４１に浸漬した、前記Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金からなる電極４２，４３の参照電極に対する電位の、定電流下での経時変化を測定する工程と、前記第１の金属部材の接合面を、ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に所定の接触時間にわたって接触させる工程と、前記ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に接触させた第１の金属部材の接合面と、前記第２の金属部材とを突き合わせ、加熱及び加圧する工程とを含み、前記所定の接触時間が、前記電位に基づいて決定される、接合方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材と、第２の金属部材との接合方法であって、
ギ酸溶液に浸漬した、前記Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金からなる電極の参照電極に対する電位の、定電流下での経時変化を測定する工程と、
前記第１の金属部材の接合面を、ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に所定の接触時間にわたって接触させる工程と、
前記ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に接触させた第１の金属部材の接合面と、前記第２の金属部材とを突き合わせ、加熱及び加圧する工程と
を含み、
前記所定の接触時間が、前記電位に基づいて決定される、接合方法。
【請求項２】
前記所定の接触時間が、前記電位測定開始から、前記電位の変曲点を示す時点までの時間に基づき決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の金属部材が、ＳｎとＡｕとの合金部材またはＳｎとＡｕの合金めっき部材である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の金属部材が、ＳｎまたはＳｎめっき部材である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の金属部材が、ＮｉまたはＮｉめっき部材であり、前記第２の金属部材が、ＳｎもしくはＳｎ合金部材またはこれらのめっき部材である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の金属部材が、ＣｕまたはＣｕめっき部材であり、前記第２の金属部材が、ＳｎもしくはＳｎ合金部材またはこれらのめっき部材である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法により接合された接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材同士を接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器を稼動させるための電子部品と電子回路基板の接続は、一般に、はんだによって接続されている。例えば、半導体装置のような半導体素子からの放熱を目的として、半導体素子とこの半導体素子に対する放熱板とを、はんだ接合することがある。このようなはんだ接合は、一般的には、放熱板の接合面にはんだを配置し、そのはんだの上に半導体素子を配置し、加熱することによってはんだを溶融させ、その後に冷却することによって溶融されたはんだを凝固させ、半導体素子と放熱板とをはんだ接合する。また、加熱や冷却用途に使われる熱交換器の接合においては、例えば銅やアルミニウムが用いられ、インサート金属を用いた拡散接合やろう付け、はんだ付けが行われる。
【０００３】
近年、電子機器は小型軽量化・高機能化と高速化に対応した高周波化が進んでいる。これに伴い、それを構成する電子回路基板は、これまで以上に高密度実装が要求されてきており、例えば、半導体素子の狭ピッチ化、ダウンサイジング化を図るための微細接合が必要になる。微細接合では、ボイドによる信頼性の低下、例えば、接合強度や絶縁強度の低下が懸念されている。また、熱交換器においては、放熱路などの微細加工に伴い微細接合が必要になってきている。
【０００４】
これまでに、部品信頼性向上、熱ひずみ低減を目的として低温にて、かつ位置決め精度向上を目的として固相にて金属同士を接合する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、はんだ溶融中に大気から減圧し、はんだ接合部の空隙（ボイド）を減少させるはんだ付け方法の取り組みがなされている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２００９３０号公報
【特許文献２】特開２００７−９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、スズ（Ｓｎ）ははんだのベース材やめっき、インサート金属などに用いられる金属材料であり、金属材料の中では比較的コストが安く、２３２℃と融点も低い。しかしながら、スズは酸化されやすく、大気中で表面が酸化し、表面全体にＳｎＯ、ＳｎＯ２などのスズ酸化皮膜が形成される。はんだやめっき表面に形成されたスズ酸化皮膜は、非常に安定した化合物である。例えば、酸化スズ（ＩＩ）の融点は１０８０℃であり、金属部材同士の接合時に介在し、接合を阻害する。そのため、金属部材同士の接合時には、スズ酸化皮膜と反応してスズ酸化皮膜を溶解・除去するフラックスが用いられる。フラックスは、一般的に、天然樹脂であるロジン（松やに）や、有機酸、ハロゲン化水素酸塩、アミノ酸などの活性剤、溶媒で構成される。また、昨今の半導体素子形成部品の接合部には銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の部材が使用されており、Ｎｉめっきなどの各種機能性Ｎｉめっきが処理されている場合も多い。これらについてもＳｎと同様に表面が酸化しやすく、表面酸化物を何らかの方法で除去する必要がある。酸化物除去の方法としては、一般的にフラックス、水素等の還元性ガス、ギ酸が用いられる。
【０００７】
フラックスを使用すると、溶媒成分の揮発や酸化還元反応時にＨ２Ｏ、Ｈ２などのガスが生成され、活性剤に起因してＣＯ２などの金属塩の熱分解ガスが生成される。金属接合部内に取り残されたガスはボイドとなり、金属接合部のボイドは金属接合部の疲労寿命の低下や熱伝導性を悪化させる原因となる。特に、微細接合では、接合部体積に対し、ボイド単体あたりの体積率が大きくなり、接合強度低下などの信頼性低下が懸念される。特に、ダイボンディングした金属接合部や平型の熱交換器のはんだ接合部は、ボイドが残存しやすい。
【０００８】
特許文献１のように、還元性ガス下で且つ減圧下における接合であれば、フラックスの影響は少ないものと考えられる。また、還元性ガスは、ボイドの要因となるガスの発生が少なく良好な接合を得やすいほか、接合後の洗浄工程が不要になるなどのメリットがある。しかし、環境中へのガス漏えいを防ぐため、減圧置換が可能な真空チャンバーが必要となり、各種真空排気系他、燃焼等による除害装置を設けるため、設備コストが大きくなる。また、水素ガスを用いた場合、部材表面の酸化被膜を十分還元するためにはおおむね２５０℃を超える温度が必要であり、構成部材の耐熱温度を考慮した場合、必ずしも万能な処理方法ではない。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するため、Ｓｎ、ＮｉまたはＣｕを接合面に含む金属部材表面に形成された酸化膜の還元条件を制御し、金属接合部のボイドを低減できる、安価で低温且つ簡便な金属接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、一実施形態によれば、Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材と、第２の金属部材との接合方法であって、ギ酸溶液に浸漬した、前記Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金からなる電極の参照電極に対する電位の、定電流下での経時変化を測定する工程と、前記第１の金属部材の接合面を、ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に所定の接触時間にわたって接触させる工程と、前記ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に接触させた第１の金属部材の接合面と、前記第２の金属部材とを突き合わせ、加熱及び加圧する工程とを含み、前記所定の接触時間が、前記電位に基づいて決定される。
【００１１】
前記接合方法において、前記所定の接触時間が、前記電位測定開始から、前記電位の変曲点を示す時点までの時間に基づき決定されることが好ましい。
【００１２】
前記接合方法において、前記第１の金属部材が、ＳｎとＡｕとの合金部材またはＳｎとＡｕの合金めっき部材であることが好ましい。
【００１３】
前記接合方法において、前記第２の金属部材が、ＳｎまたはＳｎめっき部材であることが好ましい。
【００１４】
前記接合方法において、前記第１の金属部材が、ＮｉまたはＮｉめっき部材であり、前記第２の金属部材が、ＳｎもしくはＳｎ合金部材またはこれらのめっき部材であることが好ましい。
【００１５】
前記接合方法において、前記第１の金属部材が、ＣｕまたはＣｕめっき部材であり、前記第２の金属部材が、ＳｎもしくはＳｎ合金部材またはこれらのめっき部材であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、別の局面によれば、上記のいずれかに記載の方法により接合された接合体に関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金のギ酸中での電位変化を測定し、これらを接合面に含む金属部材の酸化膜の還元処理を行う時間を制御し、簡便かつ高精度な事前の還元処理を金属部材に行うことで、接合後のボイドを低減し、接合品質を改善することが可能となる。本発明を用いることで、例えば、半導体素子の狭ピッチ化、ダウンサイジング化や熱交換器の微細加工に伴う微細接合の接合品質・信頼性の向上が可能となる。また、固相接合および液相接合においても本発明を用いて接合品質の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による接合方法において接合される、第１の金属部材と、第２の金属部材との試験片を例示する概念的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による接合方法において、金属部材の電位の測定に用いられる装置の一例を示す概念図である。
【図３】図３は、ギ酸溶液に浸漬したスズもしくはスズ酸化物電極の参照電極に対する電位を、定電流下での経時的に測定した結果を示すグラフ形状の典型例を示す概念図である。
【図４】図４は、実施例１において、ギ酸溶液に浸漬したスズ酸化物電極の参照電極に対する電位を、定電流下での経時的に測定した結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例２において、ギ酸溶液に浸漬したスズ電極の参照電極に対する電位を、定電流下での経時的に測定した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、ギ酸との接触時間を２．５ｓｅｃとした場合の接合試験片の接合部断面を示し、図６（ａ）は接合部断面の走査型顕微鏡写真、図６（ｂ）は図６（ａ）の拡大写真である。
【図７】図７は、ギ酸との接触時間を３０ｓｅｃとした場合の接合試験片の接合部断面を示し、図７（ａ）は接合部断面の走査型顕微鏡写真、図７（ｂ）は図７（ａ）の拡大写真である。
【図８】図８は、ギ酸との接触時間を３００ｓｅｃとした場合の接合試験片の接合部断面を示し、図８（ａ）は接合部断面の走査型顕微鏡写真、図８（ｂ）は図８（ａ）の拡大写真である。
【図９】図９は、ギ酸との接触時間が異なるそれぞれの接合試験片の、引張強度を規格化して表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。
【００２０】
本発明は一実施形態によれば、Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材と、第２の金属部材との接合方法に関する。本発明の接合方法は、以下の工程を含む。
（１）ギ酸溶液に浸漬した、前記Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金からなる電極の参照電極に対する電位の、定電流下での経時変化を測定する工程
（２）前記第１の金属部材の接合面を、ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に所定の接触時間にわたって接触させる工程
（３）前記ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に接触させた第１の金属部材の接合面と、前記第２の金属部材とを突き合わせ、加熱及び加圧する工程
ここで、前記所定の接触時間が、前記電位に基づいて決定される。
【００２１】
本実施形態による接合方法において、接合される部材は、少なくとも２つの金属部材であり、そのうち少なくとも一方の金属部材は、Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する。本実施形態において、当該金属部材を第１の金属部材と指称する。「Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する」とは、第１の金属部材の少なくとも接合面となる部分が、Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕまたはその合金であるか、Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕまたはその合金からなるめっき膜を有することをいう。Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕまたはその合金からなるめっき膜を有する場合、被めっき部材となる金属部材は特には限定されない。
【００２２】
Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金は、特には限定されないが、例えば、Ｓｎを含む合金としては、ＳｎＡｕ（Ｓｎ２０質量％、Ａｕ８０質量％）、ＳｎＡｕ（Ｓｎ１０質量％、Ａｕ９０質量％）が挙げられ、Ｎｉを含む合金としては、ＳｎＮｉ、ＦｅＮｉ、ＳｎＡｇＣｕＮｉ、ＴｉＮｉが挙げられ、Ｃｕを含む合金としては、ＣｕＺｎ、ＦｅＺｎＣｕ、ＦｅＳｎＣｕ、ＮｉＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕが挙げられる。以下、本明細書において、「Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金」をＳｎ合金等とも指称する。「Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金」は、常温、常圧の大気下において、通常、その表面が酸化されて酸化物を形成した状態で存在する。したがって、以下、本発明において第１の金属部材の接合面の「Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金」に言及する場合は、酸化され、酸化物を形成している「Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金」に言及しているものとする。
【００２３】
第２の金属部材は特には限定されず、第１の金属部材と同じであっても異なっていてもよい。第１の金属部材の接合面を構成する金属と、第２の金属部材の接合面を構成する金属の具体的な組み合わせの例としては、ＡｕＳｎとＳｎ、ＡｕＳｎとＣｕ、ＡｕＳｎとＮｉ、ＡｕＳｎとＳｎＮｉ、ＡｕＳｎとＡｕＳｎ、ＡｕＳｎとＰｔ、ＡｕＳｎとＡｇ、ＡｕＳｎとＲｕ、ＡｕＳｎとＰｄ、ＳｎとＳｎが挙げられるが、これらには限定されない。
【００２４】
図１は、接合対象となる第１の金属部材と、第２の金属部材とを突き合せた状態を概念的に示す断面図である。図示する実施形態においては、第１の金属部材１は、Ｃｕ材１１にＮｉめっき膜１２が形成され、Ｎｉめっき膜１２を覆うようにさらにＡｕＳｎめっき膜１３（Ａｕ８０％、Ｓｎ２０％）が形成された部材である。したがって、第１の金属部材の接合面を構成する金属は、ＡｕＳｎである。一方、相手材となる第２の金属部材２は、Ｃｕ材２１にＮｉめっき膜２２が形成され、Ｎｉめっき膜２２を覆うようにさらにＳｎめっき膜２３（Ｓｎ１００％）が形成された部材である。なお、図１に示す部材の組成や構造は一例であって、本発明は図示した態様には限定されない。
【００２５】
（１）電位測定工程
第１工程では、ギ酸溶液に浸漬した、前記Ｓｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金からなる電極の電位を、定電流下での経時変化を測定する工程を実施する。Ｓｎ合金等電極の電位は、参照電極に対する電位を測定する。この工程は、Ｓｎ合金等を接合面に有する第１の金属部材そのものではなく、同じ組成をもつＳｎ合金等の代替材を用いて実施することが好ましい。したがって、例えば図１に示す第１の金属部材において、接合面を形成する金属はＡｕＳｎ（（Ａｕ８０％、Ｓｎ２０％）であるから、第１工程において電位を測定する代替材は、同じ組成を持つＡｕＳｎとすることができる。場合により、代替材は、組成のみならず、酸化状態が実質的に等しいものを用いることもできる。本工程は、後続の工程における、第１の金属部材とギ酸との接触時間を決定するために実施する。
【００２６】
図１は、第１工程の電位測定に用いる装置の一例を示す概念図である。図１に示す電位測定装置４は、Ｓｎ合金等の代替材からなる作用電極４２と、対極４３と、参照電極４４と定電流源・電位計４５とから構成される。図示はしないが、測定結果を出力するための装置をさらに含んでいても良い。作用電極４２、対極４３、参照電極４４は、ギ酸溶液４１に浸漬する。対極４３としては白金電極などの安定性の高い電極を用い、参照電極としてはＡｇＣｌ電極を用いることができるが、これらには限定されず、電気化学測定において一般的に対極、参照電極として用いられる電極を用いることができる。ギ酸溶液４１は、後続のギ酸接触工程において用いる溶液濃度、温度条件と等しい条件のものを用いることが好ましい。
【００２７】
測定においては、定電流源・電位計４５からの電流Ｉの値を一定とし、Ｓｎ合金等の代替材からなる作用電極４２の参照電極４４に対する電位変化を経時的に測定する。図３は、電位測定結果の典型的な例を示すグラフである。横軸を時間、縦軸を電位とした場合に、測定結果から、グラフの傾きが負から正に変化する変極点となる時間Ｔを得る。時間Ｔ算出の精度向上のため、電位の測定とともに、代替材の結晶形態観察や、例えば、ＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）などの化学結合状態の分析をすることが望ましい。
【００２８】
測定対象がスズの場合について、上記測定のメカニズムについて説明する。電位測定に用いる代替材がスズである場合、上記測定において得られる時間Ｔは、スズ表面の酸化皮膜が溶解・除去された時間とみなすことができる。酸化スズとギ酸の一般的な反応式を考慮すると、酸化スズ（Ｉ）もしくは酸化スズ（ＩＩ）の還元反応が進行し、酸化物が除去されると電位変化のグラフの傾きが変化するためである。時間Ｔ以降は、金属Ｓｎとギ酸との反応が過剰に進行し、好ましくない金属塩を生成するおそれがある。したがって、時間Ｔを、次工程におけるギ酸接触の適切な時間として設定することができる。Ｎｉ、Ｃｕについても同様に、時間Ｔは表面酸化物の皮膜が溶解・除去された時間とみなすことができ、同様の方法で、次工程におけるギ酸接触の適切な時間Ｔを得ることができる。
【００２９】
（２）ギ酸接触工程
第２工程は、第１の金属部材の接合面を、ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に所定の接触時間にわたって接触させる工程である。ここで、所定の接触時間は、第１工程において、代替材を用いて測定した時間Ｔに基づいて決定する。所定の接触時間は、好ましくは、時間Ｔ秒とすることができるが、時間（Ｔ−３０）秒以上であって、時間（Ｔ＋９０）秒程度の範囲内であればよく、時間（Ｔ−１）秒以上であって、時間（Ｔ＋６０）秒程度の範囲内であることがより好ましい。第２工程において用いるギ酸の濃度や温度などの条件は、第１工程の測定条件と同一であることが好ましい。ギ酸によるＳｎ合金等酸化物の適切な還元状態を得るためである。また、ギ酸接触工程後には、第１の金属部材の接合面のギ酸残渣を除去する工程を実施することがさらに好ましい。ギ酸残渣を除去する工程としては、純水洗浄、純粋洗浄後の乾燥などが挙げられるが、これらには限定されない。
【００３０】
上記の第１工程、第２工程は、接合する２つの部材のうち、一方のみがＳｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材に該当する場合には、一方のみについて実施する。接合する２つの部材の両方がＳｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材に該当する場合であって、かつそれらの接合面の組成が同じ場合には、第１工程の代替材は共通し、第２工程は、いずれか一方の金属部材に対してのみ実施すればよい。また、接合する２つの部材の両方がＳｎ、Ｎｉ、もしくはＣｕ、またはその合金を含む接合面を有する第１の金属部材に該当し、かつそれらの接合面の組成が異なる場合、いずれか一方について、第１工程、第２工程を実施すれば足りるが、両方について第１工程、第２工程を実施してもよい。いずれか一方とする場合には、より還元されやすい部材について、第１工程、第２工程を実施すればよい。
【００３１】
（３）加熱・加圧工程
第３工程は、ギ酸溶液もしくはギ酸蒸気に接触させた第１の金属部材の接合面と、前記第２の金属部材とを突き合わせ、加熱及び加圧する工程である。固体拡散接合では融点とほぼ同等以下の温度で接合が可能である。好ましくは、融点とほぼ同等以下であって、１４０℃以上の温度にて接合することができる。例えば、Ａｕ２０Ｓｎ（Ａｕ８０％、Ｓｎ２０％）の融点は２８４℃であるため、融点程度の温度をかけることが望ましい。圧力は大きいほど接合は容易になるが、本接合ではその金属の０．２％耐力の１／２以上の圧力が望ましい。０．２％耐力を超えた圧力になることで材料の塑性変形することが可能で、塑性変形することで拡散は容易となる。ＡｕＳｎの場合はおおよそ８０ＭＰａ以上の０．２％耐力強度を有するため、その程度もしくはそれ以上の圧力で接合することが望ましい。しかしながら、Ｓｎを１０％以上含有している材料についてはＳｎの０．２％耐力強度は常温で３５〜４０ＭＰａ程度であり、１００℃程度での０．２％耐力は１０ＭＰａと温度が高い条件では容易に塑性変形することが可能なため、加熱温度によるが常温以上の温度では少なくとも１０ＭＰａ以上の加圧力が必要である。接合雰囲気は、窒素などの不活性ガスの雰囲気中とすることが好ましい。
【００３２】
本実施形態によれば、接合前の金属部材の還元処理条件を制御することができ、接合面の酸化物を適切に除去することができるため、ボイド等の発生が少ない好適な接合を実現することができる。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。
【００３４】
接合対象の第１の金属部材、第２の金属部材としては、図１に例示して説明した組成、構造をもつものを用いた。測定装置は、図２に例示するものを用い、ギ酸溶液中（２５℃、ギ酸濃度：９８％（ＪＩＳ準拠））に、代替材としてスズ丸棒（スズ１００％）を浸漬し、対極に白金電極を、参照電極には塩化銀を用いた。
【００３５】
強制酸化した代替材として、スズ丸棒（スズ１００％）の電位を測定し、スズ丸棒表面の概観写真を撮影した（写真は図示せず）。強制酸化は、スズ表面の色味を強調させるため、大気中にて２００℃×３０ｍｉｎといった条件で実施した。図４に示すように、時間Ｔ到達前の（ｉ）の時点（６０ｓｅｃ）では、スズ丸棒表面の色味は、酸化処理後（濃茶色）の色味よりも薄れ、処理無しの色味（銀色）に近かった。このことから、（ｉ）の時点で、スズ丸棒表面のスズ酸化皮膜が溶解・除去されていることが確認される。時間Ｔ到達後の（ｉｉ）（６００ｓｅｃ）では、スズ粒界毎に光沢が異なり腐食（酸化反応）されていることが分かった。
【００３６】
図５に、酸化処理無し状態のスズ丸棒による電位の測定結果を示す。図５より、電位の経時変化において、変曲点が生じる時間Ｔは３０ｓｅｃであることが分かった。
【００３７】
図５の測定結果を反映し、図１の試験片にて接合実験した結果を図６〜８に示す。接合条件は、最大温度３００℃、溶融時間５分、圧力１ＭＰａであり、窒素雰囲気下にて接合実験を行った。図６はギ酸浸漬を２．５ｓｅｃ（時間Ｔ到達前）行った金属部材を用いた接合部断面、図７はギ酸浸漬３０ｓｅｃ後（時間Ｔ）の金属部材を用いた接合部断面、図８はギ酸浸漬３００ｓｅｃ（時間Ｔ到達後）の金属部材を用いた接合部断面の走査型顕微鏡写真を示す。また、表１にＳＥＭ−ＥＤＸによる接合部の半定量分析結果を示す。表１中の白色部は、図６〜８中、符号３１で示す部分であり、灰色部は、図６〜８中、符号３２で示す部分である。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
図６（ｂ）より、ギ酸処理２．５ｓｅｃの金属部材では、接合部３のスズめっき２とＡｕＳｎ合金めっき１界面と推定されるスズめっき２側界面部にボイド３３が集中していることが認められた。すなわち、スズ酸化皮膜の還元が不十分でスズ酸化皮膜が溶解・除去しきれず、相互拡散が阻害されていると推察される。図８（ｂ）より、ギ酸処理３００ｓｅｃでは、他の接合部よりも接合部３全体でボイド３３が多く発生したことが認められた。これは、金属塩の分解生成物（水、ガス）が過剰に生成されたためと推察される。ボイド３３に起因し、相互拡散が阻害されているものと推察される。これら対して、図７（ｂ）からは、ギ酸処理３０ｓｅｃでは、スズめっき側に金リッチな化合物（白色部３１）が生成されており、他の接合部３よりも相互拡散が良好になっていることが認められた。この要因として、他の接合部３よりも金属塩の生成量が少なく、金属塩の分解生成物が少なかったためと推察される。
【００４０】
図６〜８のそれぞれの接合した試験片の引張強度試験を行った。引張強度試験条件は、ひずみ速度：０．２％／ｓｅｃの試験速度で破断するまで測定を行った。ギ酸処理３０ｓｅｃの試験片の接合強度を１として規格化した値を図９に示す。図９に示すように、ギ酸処理３０ｓｅｃの条件が最も接合強度が高い。これは、接合断面積が大きい、すなわち、金属接合部のボイドが低減し、接合品質が他の接合部よりも良好であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る接合方法は、はんだなどの接合材を使用せずに、金属部材同士を直接接合する微細加工において好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    第１の金属部材
１１  めっき（ＡｕＳｎ）
１２  Ｎｉ
１３  Ｃｕ
２    第２の金属部材
２１  めっき（Ｓｎ）
２２  Ｎｉ
２３  Ｃｕ
３    接合層
３１  白色部
３２  灰色部
３３  ボイド
４    電位測定装置
４１  ギ酸溶液
４２  作用電極
４３  対極
４４  参照電極
４５  定電流源・電位計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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