(57)【要約】【課題】超音波振動装置やめっき処理装置、酸素濃度を管理した接合装置が不要で、低コストで、作業性の良い、金属接合体の製造方法およびＣｕ端子板を提供することを目的としている。【解決手段】銅を主成分とする銅部材（Ｃｕ端子板１１）にスリット１０を設け、当該スリット１０の内壁を、アルミニウムを主成分とするアルミニウム部材（Ａｌ線３）の表面の研削が可能な研削用加工面（研削面８）としておき、当該スリット１０内にＡｌ線３を挿入した後に、はんだ２を塗布し加熱して溶融させ、溶融したはんだ２内で、研削面８によりＡｌ線３の表面を研削して、Ａｌ酸化膜４を除去し、接合材を冷却固化させる。【選択図】図１Ａ
2014034050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属部材と前記第１の金属部材の主成分とは異なる主成分で表面に酸化被膜が形成される第２の金属部材とからなる金属接合体を製造するための金属接合体の製造方法であって、
前記第１の金属部材に前記第２の金属部材を接触させるステップと、
前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが接触している部分に対してはんだを塗布するステップと、
前記はんだを加熱により溶融させるステップと、
溶融した前記はんだ内で、前記第２の金属部材の表面に形成された酸化被膜を除去するステップと、
前記はんだを冷却固化させるステップと
を備えたことを特徴とする金属接合体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の金属部材は銅を主成分とする銅部材から構成され、前記第２の金属部材はアルミニウムを主成分とするアルミニウム部材から構成されており、
前記銅部材は、
前記アルミニウム部材を挿入するためのスリットと、
前記スリットの内壁に形成され、前記アルミニウム部材の表面に形成された前記酸化被膜を研削して除去するための研削用加工面と
を有し、
前記酸化被膜を除去するステップは、溶融した前記はんだ内で、前記アルミニウム部材の表面を前記研削用加工面により研削することにより前記酸化被膜を除去する
ことを特徴とする請求項１に記載の金属接合体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属部材は銅を主成分とする銅部材から構成され、前記第２の金属部材はアルミニウムを主成分とするアルミニウム部材から構成されており、
前記銅部材は、
前記アルミニウム部材を挿入するための２つの突起部
を有し、
前記酸化被膜を除去するステップは、溶融した前記はんだ内で、前記アルミニウム部材を、前記２つの突起部の間に挿入した状態で屈曲することにより、前記アルミニウム部材の表面に形成された前記酸化被膜を除去する
ことを特徴とする請求項１に記載の金属接合体の製造方法。
【請求項４】
アルミニウムを主成分とするＡｌ線と接続するための、銅を主成分とする銅部材からなるＣｕ端子板であって、
前記Ａｌ線を挿入するためのスリットと、
前記スリットの内壁に形成され、前記Ａｌ線の表面に形成された前記酸化被膜を研削して除去するための研削用加工面と
を有している
ことを特徴とするＣｕ端子板。
【請求項５】
前記スリットのスリット幅は、Ｘ＝（スリット幅）／（前記Ａｌ線の線径）としたとき、Ｘの値が、０.５≦Ｘ≦０．９５の範囲になるように設定する
ことを特徴とする請求項４に記載のＣｕ端子板。
【請求項６】
アルミニウムを主成分とするＡｌ線と接続するための、銅を主成分とする銅部材からなるＣｕ端子板であって、
前記Ａｌ線が挿入され、かつ、当該挿入された状態で前記Ａｌ線を屈曲させるための２つの屈曲用突起部を有している
ことを特徴とするＣｕ端子板。
【請求項７】
前記２つの屈曲用突起部の間の距離は、Ｙ＝（屈曲用突起部の間の距離）／（Ａｌ線の線径）としたとき、１．０≦Ｙ≦４．０の範囲になるように設定する
ことを特徴とする請求項６に記載のＣｕ端子板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム部材と銅部材との金属接合体を製造するための金属接合体の製造方法、および、当該製造に用いられるＣｕ端子板に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銅（Ｃｕ）は、伝熱性や熱放散性に優れるが、軽量化の点で課題のあることが知られている。一方、アルミニウム（Ａｌ）は、軽量化に優れ、伝熱性や熱放散性が銅に次いで優れる。そこで、銅（Ｃｕ）の軽量化の問題点をカバーするために、銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）との接合体が、電子機器、通信機器、航空機、自動車などの熱交換器、ヒートパイプ、ヒートシンクなどに幅広く用いられている。その中で具体的な例を挙げると、例えば熱交換器の銅配管とアルミニウム製のヒートシンクなどが、ろう付けやカシメなどで接合されて用いられている。
【０００３】
一方、モータなどマグネットワイヤとしては、主にエナメルなどで絶縁被覆された銅線が用いられ、絶縁被服を除去した後、銅電極と錫（Ｓｎ）を主成分としたはんだで接合されてきた。
【０００４】
しかしながら、さらなる低コスト化が可能なアルミニウム製のマグネットワイヤの適用も検討され、これを銅電極に対して錫（Ｓｎ）を主成分とするはんだで接合することも行われている。しかしながら、アルミニウムは電気化学的に碑な電位を有しており、瞬時に酸化皮膜が形成されるため、はんだ付けが非常に困難な材料である。従って、アルミに対して健全なはんだ付けを行い、該接合部に対して十分な信頼性を確保することは、困難であった。
【０００５】
これを解決するために、例えば特許文献１ではマグネットワイヤと電極との接合ではないが、アルミニウム部材と銅部材とを錫（Ｓｎ）を主成分としたはんだで健全に接合する方法として、アルミニウム部材と銅部材とをアルミニウムを０．００５ｍａｓｓ％以上添加した錫または錫合金からなるはんだを使用して、このはんだ、または、アルミニウム部材、もしくは、銅部材に、超音波振動を印加しながら、アルミニウム部材と銅部材とを接合する手法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、アルミニウム製のマグネットワイヤのはんだ接合部となる部分の絶縁被覆層を除去し、該はんだ接合部に、ニッケルめっき、銅めっき、または錫めっきを施した後、はんだ付けを行う手法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、銅部材の表面とアルミニウム部材の表面との酸素濃度を５０００ｐｐｍ以下にする前処理工程と、酸素濃度１０００ｐｐｍ以下の雰囲気において接合材の融点以上でアルミニウム部材の融点以下の温度ではんだ付けを行う手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９０６０３号公報
【特許文献２】特開２００３−０６２６６４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の０．００５ｍａｓｓ％のアルミニウムを添加したはんだ材料を用いる場合、はんだ材料またはアルミニウム部材の酸化膜を除去するために、超音波振動を印加する装置が必要であった。あるいは、上記はんだを使用せずとも、一般的な錫を主成分とするはんだを溶融させて、はんだごてで摩擦して酸化被膜を除去して接合する方法も考えられるが、この場合、はんだごてに、はんだやはんだ酸化物および他の不純物が付着し、摩擦時に荷重が均一に伝わらないため、定期的にはんだごて先端を洗浄する必要があり、作業性が悪い。
【００１０】
また、特許文献２に記載のように、はんだ接合面に、ニッケル、銅あるいは錫をめっきする方法では、めっき処理する装置が必要であり、コストもかかり、かつ、製造工程も多く、製造効率が悪い。
【００１１】
また、特許文献３に記載のように、銅部材の表面とアルミニウム部材の表面との酸素濃度を５０００ｐｐｍ以下にする前処理工程と、酸素濃度１０００ｐｐｍ以下の雰囲気において接合材の融点以上でアルミニウム部材の融点以下の温度ではんだ付けを行う場合には、接合面の酸素濃度を５０００ｐｐｍ以下にする前処理工程、および、酸素濃度１０００ｐｐｍ以下の雰囲気ではんだ付けできるような、酸素濃度が管理された接合装置で接合する必要がある。
【００１２】
このように従来の方法においては、超音波振動装置やめっき処理装置、酸素濃度管理がされた接合装置が必要であり、余分なコスト、手間がかかるという問題があった。また、アルミニウム接合時には、強力なアルミニウム酸化膜を除去するため、通常は酸化還元力の強いフッ化系のフラックスを使用しているため、耐環境性が悪いという問題があった。
【００１３】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、従来用いていた超音波振動装置やめっき処理装置、酸素濃度を管理した接合装置などの装置が不要で、低コスト、かつ、信頼性の高い金属接合体が製造できる金属接合体の製造方法およびＣｕ端子板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１の金属部材と前記第１の金属部材の主成分とは異なる主成分で表面に酸化被膜が形成される第２の金属部材とからなる金属接合体を製造するための金属接合体の製造方法であって、前記第１の金属部材に前記第２の金属部材を接触させるステップと、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが接触している部分に対してはんだを塗布するステップと、前記はんだを加熱により溶融させるステップと、溶融した前記はんだ内で、前記第２の金属部材の表面に形成された酸化被膜を除去するステップと、前記はんだを冷却固化させるステップとを備えたことを特徴とする金属接合体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、第１の金属部材と前記第１の金属部材の主成分とは異なる主成分で表面に酸化被膜が形成される第２の金属部材とからなる金属接合体を製造するための金属接合体の製造方法であって、前記第１の金属部材に前記第２の金属部材を接触させるステップと、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが接触している部分に対してはんだを塗布するステップと、前記はんだを加熱により溶融させるステップと、溶融した前記はんだ内で、前記第２の金属部材の表面に形成された酸化被膜を除去するステップと、前記はんだを冷却固化させるステップとを備えたことを特徴とする金属接合体の製造方法であるので、従来用いていた超音波振動装置やめっき処理装置、酸素濃度を管理した接合装置などの装置が不要で、低コスト、かつ、信頼性の高い金属接合体が製造できる金属接合体の製造方法およびＣｕ端子板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１の金属接合体の製造方法を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態１の金属接合体の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２の金属接合体の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２の金属接合体の製造方法の他の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３の金属接合体の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、図１Ａ，図１Ｂに基づき、本発明の実施の形態１に係る金属接合体の製造方法、および、当該製造に用いられるＣｕ端子板について説明する。なお、本実施の形態は、本発明に係る金属接合体の接合方法の一例を模擬的に行なったものである。金属接合体の例として、ここでは、Ｃｕ部材とＡｌ部材とを接合させた金属接合体について説明する。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、１はＣｕ板、２ははんだ、３はＡｌ線、４はＡｌ酸化膜、５はタングステン（Ｗ）棒、６はＣｕとＡｌの金属間化合物、７はホットプレート、８は研削面、１０はスリット、１１はＣｕ端子板である。
【００１８】
本実施の形態１においては、Ａｌ部材として外径（線径）φ１．０ｍｍで長さ１００ｍｍのＡｌ線３を用意し、Ｃｕ部材として、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１ｍｍのＣｕ板１に、Ａｌ線３の直径よりも小さい幅０．９ｍｍの略矩形のスリット１０を設けて、スリット１０内の内壁を、Ａｌ線３の表面を研削できる構造の研削面８とした、Ｃｕ端子板１１を用意した。接合材のはんだ２としては、千住金属工業（株）製のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだペーストＭ７０５（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ：ｗｔ％、融点２２０℃）を用意した。また、加熱装置のホットプレート７として、株式会社日本パルス技術研究所製のホットプレートＨＴ−１３５０（加熱最大温度３００℃）を用意した。また、はんだ２が付かない、外形φ１０．０ｍｍで長さ２００ｍｍのタングステン（Ｗ）棒５を用意した。
【００１９】
Ｃｕ端子板１１の構造について図１Ａ（ａ）を用いて説明する。図１Ａ（ａ）において、上図がＣｕ端子板１１の平面図、下図がＣｕ端子板１１の側面図である。図１Ａ（ａ）に示すように、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１ｍｍの、略矩形の平板状のＣｕ板１の一端に、略矩形のスリット１０が形成されている。スリット１０は一端が外部に開口しているため、スリット１０の内壁は、図１Ａ（ａ）の上図に示されるように、略コの字の形状となっている。当該コの字の内壁を、対向する２つの側内壁と、当該２つの側内壁に隣接する奥内壁とに分けて呼称した場合、この２つの側内壁の表面は、Ａｌ線３の表面に形成されたＡｌ酸化膜４を研削して除去できるように例えばやすり状に加工された研削用加工面（以下、研削面８とする）となっている。対向する研削面８間の距離（以下、スリット幅とする）は、Ａｌ線３の線径よりも小さい幅０．９ｍｍとなっている。そのため、Ａｌ線３を、図１Ａ（ｂ）に示すように、スリット１０の開口部からスリット１０内に挿入すると、Ａｌ線３は、スリット１０の対向する２つの側内壁に両側から押されて変形する。なお、上述したように、アルミニウム（Ａｌ）は、電気化学的に碑な電位を有しており、瞬時に酸化皮膜が形成されるため、Ａｌ線３の挿入時には、Ａｌ線３の表面には当然にＡｌ酸化膜４が形成されている。Ａｌ酸化膜４は、Ａｌ線３を構成しているアルミニウムよりも硬い性質があるため、Ａｌ線３の変形には追随できず、従って、研削面８によって擦られて、ある程度、破壊され、除去される。さらに、その後、Ａｌ線３とＣｕ端子板１１との接合面（接合箇所）にはんだ２を塗布し、熱によりはんだ２を溶融させた状態で、Ａｌ線３を図１Ｂ（ｅ）の矢印１２で示す方向に所定距離だけ引き、Ａｌ線３の表面のＡｌ酸化膜４を、スリット１０に設けられた研削面８により研削し、ほぼ完全に除去する。Ｃｕ端子板１１は、このように構成されている。なお、所定距離だけ引くと記載したが、所定距離だけ引いて戻すことを複数回繰り返してもよい。
【００２０】
次に、図１Ａ，図１Ｂを用いて、本実施の形態１に係る金属接合体の製造方法について説明する。まず、図１Ａ（ａ）に示すように、上述した構造のＣｕ端子板１１を用意する。次に、図１Ａ（ｂ）に示すように、Ａｌ線３の軸方向（長手方向）とＣｕ端子板１１の面方向とが互いに直交する向きで、Ｃｕ端子板１１のスリット１０内に、Ａｌ線３を挿入する。このとき、Ａｌ線３の両端は、図１Ａ（ｂ）に示すように、Ｃｕ端子板１１の上下に突き出ており、側面から見ると、Ａｌ線３がＣｕ端子板１１をあたかも貫通して延設されているかのように見える。次に、図１Ａ（ｃ）に示すように、Ａｌ線３とＣｕ端子板１１との接合部に、ペースト状のはんだ２を塗布する。次に、ホットプレート７を用意し、設定温度を２８０℃に設定して、加熱する。ホットプレート７の温度が２８０℃で安定した後、図１Ｂ（ｄ）に示すように、図１Ａ（ｃ）に示した状態のＣｕ端子板１１を、ホットプレート７の端付近に置き、Ｃｕ端子板１１の下面がホットプレート７の表面に接触し、かつ、Ａｌ線３が挿入されている箇所がホットプレート７の外側になるように設置する。その後、Ｃｕ端子板１１を、タングステン（Ｗ）棒５で押さえて、動かないようにする。すると、約３秒でペースト状のはんだ２内のフラックスが揮発し、はんだ２が溶融状態となる。
【００２１】
次に、図１Ｂ（ｅ）に示すように、Ａｌ線３を溶融したはんだ２内で矢印１２の方向に所定距離だけ引いて垂直方向に移動させ、Ａｌ線３の表面のＡｌ酸化膜４を、スリット１０の研削面８により研削して除去する。Ａｌ線３を引く所定距離は、はんだ２の量にもよるが、１ｍｍ程度で十分である。なお、上述もしたが、Ａｌ線３をスリット１０内に挿入したときに、Ａｌ線３がスリット１０内の大きさに合わせて多少変形するが、Ａｌ線３よりも硬いＡｌ酸化膜４はＡｌ線３の変形に追随出来ず、ある程度、その時点で、破壊され除去されていると考えられる。そのため、溶融したはんだ２内で除去するＡｌ酸化膜４は、Ａｌ線３の挿入時には除去されずに残ってしまった分のＡｌ酸化膜４の分だけであり、少量である。従って、図１Ｂ（ｅ）に示すように、Ａｌ線３を矢印１２方向に引くことで、スリット１０の研削面８に接触している部分のＡｌ線３の表面のＡｌ酸化膜４は、ほぼ完全に除去される。その後、ホットプレート７の加熱を止めて、室温まで冷却する。これにより、図１Ｂ（ｆ）に示すように、Ｃｕ端子板１１とＡｌ線３との間に、ＣｕとＡｌの金属間化合物６が形成され、金属接合体が完成する。なお、符号１３は、Ａｌ研削片である。
【００２２】
本実施の形態による効果を確認するために、以上の製造方法を用いて、研削面８を有するＣｕ端子板１１とＡｌ線３とを、Ｓｎ―Ａｇ―Ｃｕはんだ材からなるはんだ２で接合した金属接合体のサンプルを作製した。なお、上記工程を何度繰り返しても、タングステン（Ｗ）棒５には、はんだ２の付着が見られないため、特に先端部分の洗浄は不要であり、はんだごてで、スクラブするような方法よりも、作業性に優れる。このような製造方法で得られたサンプルを実施例１とする。得られたサンプルのＡｌ線３とＣｕ端子板１１との接触抵抗を測定したところ、初期の接触抵抗は１ｍΩ以下であった。なお、本発明においては、接触抵抗の良品基準として、当該初期の接触抵抗の１０倍程度の１０ｍΩ以下を良品基準と設定する。従って、接触抵抗が１０ｍΩ以下の場合を良品と判定し、１０ｍΩより大きい場合は良品としない。
【００２３】
同様にして作製した実施例１のサンプルを、大気中高温１５０℃の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は１ｍΩで良品基準を満足していた。
また、同様にして作製した実施例１のサンプルを、６０℃／９５％ＲＨの高温高湿の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は２ｍΩで良品基準を満足していた。
さらに、同様にして作製した実施例１のサンプルを、ヒートサイクル−４０℃⇔１２０℃、１サイクル当たり１時間の環境下で１０００サイクル放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は３ｍΩで良品基準を満足していた。なお、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇはんだなど、はんだ２の種類を変えても、同様の効果が得られた。
【００２４】
Ａｌ線３の線径に対するＣｕ端子板１１のスリット１０のスリット幅の比をＸ＝（スリット幅）／（Ａｌ線３の線径）としたとき、上記の実施例１では、Ｘ＝０．９の例について説明した。以下では、このＸの値を変えた他の実施例について説明する。具体的には、実施例２はＸ＝０．９５、実施例３はＸ＝０．８、実施例４はＸ＝０．７、実施例５はＸ＝０．６、実施例６はＸ＝０．５とした。なお、Ｘの値がそれぞれこれらの値を満たしていればよいため、スリット幅を変えても、Ａｌ線３の線径を変えても、理論上は特に問題はない。しかしながら、ここでは、Ａｌ線３の線径は一定とし、スリット幅を変化させて実験を行った。各実施例２〜６においては、Ｘの値以外の、他の設定および製造ステップは、実施例１と全く同じにして、各実施例２〜６によるサンプルを製造した。
【００２５】
その結果、Ｘの値を、０．９５（実施例２）、０．８（実施例３）、０．７（実施例４）、０．６（実施例５）、０．５（実施例６）と変えても、実施例１と同様の結果となった。すなわち、実施例２〜６のサンプルを、大気中高温１５０℃の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は１ｍΩで良品基準を満足していた。また、実施例２〜６のサンプルを、６０℃／９５％ＲＨの高温高湿の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は２ｍΩで良品基準を満足していた。さらに、実施例２〜６のサンプルを、ヒートサイクル−４０℃⇔１２０℃、１サイクル当たり１時間の環境下で１０００サイクル放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は３ｍΩで良品基準を満足していた。なお、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇはんだなど、はんだ２の種類を変えても、同様の効果が得られた。
【００２６】
一方、スリット１０のスリット幅を大きくして、Ｘの値を０．９５よりも大きくした（０．９６，０．９８）場合や、逆に、小さくした（０．４５，０．４）場合について、比較例１〜４として、同様にサンプルを作成してみた。具体的には、比較例１はＸ＝０．９６、比較例２はＸ＝０．９８、比較例３はＸ＝０．４５、比較例４はＸ＝０．４とした。他の設定および製造ステップは、実施例１と全く同じにして、各比較例によるサンプルを製造した。その結果、比較例１，２のように、スリット１０のスリット幅をＸ＝０．９５よりも大きくすると（比較例１：Ｘ＝０．９６、比較例２：Ｘ＝０．９８）、図１Ａ（ｂ）に示す初期挿入時のＡｌ線３自体の変形が小さく、Ａｌ酸化膜４の剥離が起きず、また、図１Ａ（ｅ）に示すＡｌ線３を引く研削工程においても、Ａｌ酸化膜４が十分に除去されず、結果として、良好な接合が得られなかった。また、比較例３，４のように、スリット幅をＸ＝０．５よりも小さくすると（比較例３：Ｘ＝０．４５、比較例４：Ｘ＝０．４）とすると、図１Ａ（ｂ）の工程で、スリット１０内にＡｌ線３を挿入する事自体が困難となり、また、無理に挿入すると、スリット１０に挿入した部分だけＡｌ線３自体が細くなり、その状態で、曲げを数回繰り返すと、Ａｌ線３が切れてしまい、著しい強度低下が見られた。よって、スリット１０のスリット幅は、Ｘ＝（スリット幅）／（Ａｌ線３の線径）としたとき、Ｘの値が、０.５≦Ｘ≦０．９５の範囲になるように設定することが望ましい。なお、スリット１０の長さ（奥行）は、Ａｌ線３が十分挿入できれば良く、Ａｌ線３の線径以上であれば良い。
【００２７】
次に、比較例５として、次のようなサンプルも作製した。はんだ２を、千住金属工業（株）製のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだペーストＭ７０５（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ：ｗｔ％、融点２２０℃）とし、２８０℃のホットプレート７上で、はんだ２を溶融させて、サンプルを作製した。実施例１との違いは、比較例５では、スリット１０をＣｕ端子板１１に形成せずに、単にＡｌ線３をＣｕ端子板１１の表面上に搭載し、それをはんだ２でＣｕ端子板１１の表面に接合した例である。すなわち、この場合、Ａｌ線３の軸方向（長手方向）は、Ｃｕ端子板１１の面方向に対して平行である。得られたサンプルのＡｌ線３とＣｕ端子板１１の接触抵抗を測定したところ、初期の接触抵抗は１２ｍΩと良品基準を満たしていなかった。これは、Ａｌ線３の表面のＡｌ酸化膜４が全く除去できずに表面に残存しているため、良好に接合できなかったと考えられる。これにより、実施の形態１〜６で示した研削面８によるＡｌ酸化膜除去の効果が明確に示されたといえる。
【００２８】
次に、比較例６として、次のようなサンプルを作製した。上述の実施例１〜６のようなはんだ接合はせずに、線径φ１．００ｍｍのＡｌ線３に対して、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１ｍｍのＣｕ板１に、Ａｌ線３の線径よりも幅の小さい幅０．７ｍｍ（Ａｌ線３の線径の７０％の幅）のスリット１０を設け、スリット１０内にＡｌ線３を差し込んで接合したサンプルを作製した。すなわち、上記の実施例４と同じ設定にし、はんだ接合を行わない点だけが実施例４とは異なるサンプルを作製した。得られたサンプルのＡｌ線３とＣｕ端子板１１との接触抵抗を測定したところ、初期の接触抵抗は１ｍΩ以下と良品基準を満足していた。
【００２９】
また、同様にして作製した比較例６のサンプルを大気中高温１５０℃の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は５ｍΩで良品基準を満足していた。
また、同様にして作製した比較例６のサンプルを６０℃／９５％ＲＨの高温高湿の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は８ｍΩで良品基準を満足していた。
また、同様にして作製した比較例６のサンプルをヒートサイクル−４０℃⇔１２０℃、１サイクル当たり１時間の環境下で１０００サイクル放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は１００ｍΩ以上で良品基準を満足してなかった。これは、低温時にＡｌの熱膨張係数α＝２４が、Ｃｕの熱膨張係数α＝１７よりも大きく、冷却時の熱収縮量が大きくなるため、Ｃｕ端子板１１との界面に隙間が生じ、良好な接触が得られなかったためと考えられる。なお、スリット１０のスリット幅を、Ｘ＝（スリット幅）／（Ａｌ線３の線径）として、Ｘの値を、０．９（実施例１に相当）、０．８（実施例３に相当）、０．６（実施例５に相当）、０．５（実施例６に相当）と変えても、同様の結果となり、良品基準を満足しなかった。また、Ｘの値が、０．５よりも小さい０．４５、０．４となると、スリット１０内にＡｌ線３を挿入する事が困難となり、また、Ａｌ線３自体が細くなるため、曲げを数回繰り返すと、Ａｌ線３が切れてしまい、著しい強度低下が見られた。これにより、はんだ２を用いて接合しないとヒートサイクルには弱い接合となるものの、研削面８によるＡｌ酸化膜除去の効果は明確に示されたといえる。
【００３０】
以下の表１に実施例１〜６および比較例１〜６のサンプルの結果について纏める。
【００３１】
【表１】
2014034050.tif 000003
【００３２】
以上のように、本実施の形態１は、銅を主成分とする銅部材（Ｃｕ端子板１１）とアルミニウムを主成分とするアルミニウム部材（Ａｌ線３）とからなる金属接合体を製造するための金属接合体の製造方法であって、銅部材にアルミニウム部材を接触させるステップと、銅部材とアルミニウム部材とが接触している部分に対してはんだ２を塗布するステップと、はんだ２を加熱により溶融させるステップと、溶融したはんだ２内で、アルミニウム部材の表面に形成された酸化被膜（Ａｌ酸化膜４）を除去するステップと、はんだ２を冷却固化させるステップとを備えた金属接合体の製造方法であるので、はんだ溶融内で、アルミニウムの酸化被膜を除去するので、除去した後に表面に露出するＡｌ線３の新生面ははんだ２で覆われ、外気に触れることはないので、酸化被膜はもはや形成されず、容易な方法、かつ、安価な設備で、良好な接合が得られる。従って、従来用いていた、超音波振動装置、めっき処理装置、酸素濃度管理などが不要となり、設備コストが安価で、作業性に優れ、信頼性の高い金属接合体を製造することができる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、アルミニウム部材はＡｌ線３で、銅部材（Ｃｕ端子板）はＡｌ線３を挿入するためのスリット１０を有しており、当該スリット１０の内壁は、Ａｌ線３の表面に形成されたＡｌ酸化膜を研削して除去するための研削用加工面（研削面８）となっていて、Ａｌ線３よりも小さい幅のスリット１０内にＡｌ線３を挿入し、さらに、溶融したはんだ２内で、研削用加工面（研削面８）によってＡｌ線３の表面を擦ることにより、Ａｌ酸化膜４が破壊され除去されるので、Ａｌ線３と銅部材（Ｃｕ端子板）との良好な接合が得られる。
【００３４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る金属接合体の製造方法および当該製造に用いられるＣｕ端子板について説明する。なお、本実施の形態２においては、この発明に係る金属接合体の接合方法の一例を模擬的に行なったものであり、概略図を図２に示す。図２において、１ＡはＣｕ板、２Ａははんだ、１１ＡはＣｕ端子板、９は突起部である。他の構成については、上記の実施の形態１と同じものについては、同一符号を付して示し、ここでは、その説明は省略する。本実施の形態２においては、Ａｌ部材として、外径（線径）φ１．０ｍｍで長さ１００ｍｍのＡｌ線３を用意し、Ｃｕ部材として、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１ｍｍの平板のＣｕ板１Ａの上面の任意の位置に、Ｃｕからなる突起部９が１．５ｍｍの間隔で離間して平行に２つ設けられ、その間に配置されるＡｌ線３がある程度自由に屈曲する事が出来るように構成されたＣｕ端子板１１Ａを用意した。接合材のはんだ２Ａとして、千住金属工業（株）製のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだペーストＭ７０５（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ：ｗｔ％、融点２２０℃）を用意した。また、加熱装置のホットプレート７として、株式会社日本パルス技術研究所製のホットプレートＨＴ−１３５０（加熱最大温度３００℃）を用意した。
【００３５】
Ｃｕ端子板１１Ａの構造について図２（ａ）を用いて説明する。図２（ａ）において、上図がＣｕ端子板１１Ａの側面図、下図がＣｕ端子板１１Ａの平面図である。図２（ａ）に示すように、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１ｍｍの、略矩形の平板状のＣｕ板１Ａの上面に、Ｃｕから構成された１対の突起部９が形成されている。突起部９の形成方法としては、Ｃｕ板１Ａと突起部９とを金型などにより一体成形してもよく、あるいは、Ｃｕ板１Ａの表面をマスキングして、そこにペースト状に溶融させた銅を塗布するなどして突起部９を形成してもよく、あるいは、Ｃｕ板１Ａに対して別個に製造した突起部９を接合させて形成するようにしてもよい。突起部９は、Ｃｕ板１Ａの上面の任意の位置に形成してよいが、２つの突起部９の間にＡｌ線３を搭載し、搭載されたＡｌ線３が２つの突起部９の間である程度自由に屈曲する事が出来るように、２つの突起部９間の距離は、Ａｌ線３の線径よりも大きくなっている。ここでは、線径φ１．０ｍｍのＡｌ線３に対して、突起部９が１．５ｍｍの間隔で離間して平行に２つ設けられている例を示す。なお、上述の実施の形態１でも述べたように、アルミニウム（Ａｌ）は、電気化学的に碑な電位を有しており、瞬時に酸化皮膜が形成されるため、Ａｌ線３の搭載時には、Ａｌ線３の表面には当然にＡｌ酸化膜４が形成されている。Ａｌ酸化膜４は、Ａｌ線３を構成しているアルミニウムよりも硬い性質があるため、例えば、図２（ｅ）に示すように、突起部９を利用して、突起部９にひっかけるようにして、Ａｌ線３を複数回屈曲させると、Ａｌ酸化膜４がＡｌ線３の変形には追随できずに、割れて、破壊され、除去される。当該屈曲は、溶融したはんだ２内で行われ、外気に接触していないため、Ａｌ酸化膜４が剥がれ落ちて表に現れたＡｌ線３の新生面にはＡｌ酸化膜４はもはや形成されないので、はんだ２とＡｌ線３とが容易に接合される。
【００３６】
次に、図２を用いて、本実施の形態２に係る金属接合体の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、上述した構造のＣｕ端子板１１Ａを用意する。次に、図２（ｂ）に示すように、Ａｌ線３の軸方向（長手方向）とＣｕ端子板１１の面方向とが互いに平行となる向き（いずれも水平方向）で、Ｃｕ端子板１１Ａの２つの突起部９間に、Ａｌ線３を挿入する。このとき、Ａｌ線３の両端は、図２（ｂ）に示すように、Ｃｕ端子板１１Ａの対向する２つの長辺から外側に向かって突き出ている。次に、図２（ｃ）に示すように、ペースト状のはんだ２Ａを塗布する。このとき、はんだ２Ａは、Ａｌ線３とＣｕ端子板１１Ａとの接合部だけでなく、突起部９の周りにも塗布する。次に、ホットプレート７を２５０℃に設定し、温度が２５０℃で安定した後、図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）の状態のＣｕ端子板１１Ａをホットプレート７上に置く。すると、約３秒ではんだ２Ａ内のフラックスが揮発し、はんだ２Ａが溶融状態となる。次に、図２（ｅ）に示すように、Ａｌ線３を溶融したはんだ２Ａ内でＣｕ端子板１１Ａの２つの突起部９を用いて屈曲させる。屈曲角度は３０°〜３６０°とし、回数は２回以上で、Ａｌ線３の破断に至る直前までであれば何回でも屈曲してよい。これによって、Ａｌ線３に比べて表面のＡｌ酸化膜４は硬いので、Ａｌ線３の変形に追随できず、表面のＡｌ酸化膜４が割れて、Ａｌの新生面がはんだ２Ａの溶融内で表れ、はんだ２Ａと容易に接合される。その後、ホットプレート７の加熱を止めて、室温まで冷却する。このようにして、Ｃｕ端子板１１ＡとＡｌ線３とをＳｎ―Ａｇ―Ｃｕはんだ材からなるはんだ２Ａで接合したサンプルを作製した。このような接合方法で得られたサンプルを実施例７とする。
【００３７】
得られた実施例７のサンプルのＡｌ線３とＣｕ端子板１１Ａの接触抵抗を測定したところ、初期の接触抵抗は５ｍΩ以下であり、良品基準を満足していた。
また、同様にして作製した実施例７のサンプルを大気中高温１５０℃の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は５ｍΩで良品基準を満足していた。
また、同様にして作製した実施例７のサンプルを６０℃／９５％ＲＨの高温高湿の環境下で１０００時間放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は６ｍΩで良品基準を満足していた。
さらに、同様にして作製した実施例７のサンプルをヒートサイクル−４０℃⇔１２０℃、１サイクル当たり１時間の環境下で１０００サイクル放置した後、接触抵抗を測定したところ、接触抵抗は７ｍΩで良品基準を満足していた。
【００３８】
また、Ａｌ線３の線径に対するＣｕ端子板１１Ａの２つの突起部９間の間隔（すなわち、突起部９間の距離、以下、突起間隔とする）の比をＹ＝突起部間隔／Ａｌ線３の線径としたとき、上記の実施例７では、Ｙ＝１．５の例について説明した。以下では、このＹの値を変えた他の実施例について説明する。具体的には、実施例８はＹ＝０．９、実施例９はＹ＝１．０、実施例１０はＹ＝２．０、実施例１１はＹ＝３．０、実施例１２はＹ＝４．０とした。他の設定および製造方法は、実施例７と全く同じにして、各実施例８〜１２によるサンプルを製造した。
【００３９】
２つの突起部９の間隔は、Ａｌ線３が挿入できれば良く、Ｙ＝０．９（実施例８）、１．０（実施例９）、２．０（実施例１０）、３．０（実施例１１）、４．０（実施例１２）であれば、上記の実施例７と同様の結果が得られた。一方、突起部９の間隔が、Ｙ＝０．９よりも小さい、Ｙ＝０．８５（比較例７）、Ｙ＝０．８（比較例８）だと、Ａｌ線３を挿入するのが困難であった。また、突起部９の間隔が、Ｙ＝０．４よりも大きい、Ｙ＝０．４５（比較例９）、Ｙ＝０．５０（比較例１０）では、はんだ２Ａが濡れ広がらず、突起部９部分をはんだ２で覆う事が出来なかった。よって、突起部９の間隔は、Ｙ＝突起間隔／Ａｌ線３の線径とすると、１．０≦Ｙ≦４．０の範囲になるように設定することが望ましい。また、突起部９の高さは、Ａｌ線３の線径以上であれば良い。
【００４０】
以下の表２に実施例７〜１２および比較例７〜１０のサンプルの結果について纏める。
【００４１】
【表２】
2014034050.tif 000004
【００４２】
以上のように、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様に、銅を主成分とする銅部材（Ｃｕ端子板１１Ａ）とアルミニウムを主成分とするアルミニウム部材（Ａｌ線３）とからなる金属接合体を製造するための金属接合体の製造方法であって、銅部材にアルミニウム部材を接触させるステップと、銅部材とアルミニウム部材とが接触している部分に対してはんだ２を塗布するステップと、はんだ２を加熱により溶融させるステップと、溶融したはんだ２内で、アルミニウム部材の表面に形成された酸化被膜（Ａｌ酸化膜４）を除去するステップと、はんだ２を冷却固化させるステップとを備えた金属接合体の製造方法であるので、はんだ溶融内で、アルミニウムの酸化被膜を除去するので、従来用いていた、超音波振動装置、めっき処理装置、酸素濃度管理などが不要となり、設備コストが安価で、作業性に優れ、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４３】
また、本実施の形態においては、アルミニウム部材はＡｌ線３であって、銅部材は、Ａｌ線３を挿入し、かつ、当該挿入した状態でＡｌ線３を屈曲させるための２つの屈曲用突起部（突起部９）を有しており、Ａｌ線３を、２つの突起部９の間に挿入した状態で、溶融したはんだ２内で複数回屈曲することにより、Ａｌ線３の表面に形成されたＡｌ酸化膜４が除去されるようにしたので、Ａｌ線３と銅部材（Ｃｕ端子板）との良好な接合が得られる。
【００４４】
なお、本実施の形態２に係る金属接合体の製造方法の他の例を図３に示す。図２においては、はんだ２を塗布する前に、図２（ｂ）の工程で、Ｃｕ端子板１１Ａ上にＡｌ線３を搭載し、その後、はんだ２を塗布し、その状態で、加熱したホットプレート７上にＣｕ端子板１１Ａを載置する例について示したが、その場合に限らず、図３に示すように、図３（ｂ）の工程で、まず、はんだ２を塗布し、その状態で、図３（ｃ）の工程で、加熱したホットプレート７に載置し、図３（ｄ）の工程で、はんだ２が溶融した後に、Ａｌ線３をＣｕ端子板１１Ａ上に搭載するようにしてもよい。なお、他の工程は、図２と同様に行う。この場合においても、上記の図２の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４５】
実施の形態３．
上記の実施の形態１においては、Ｃｕ端子板１１の側面にスリット１０を設ける例について説明したが、本実施の形態においては、図４に示すように、実施の形態２で示した突起部９と同様の突起部９ＡをＣｕ端子板１１Ｂの表面に２つ設けて、当該突起部９Ａ間をスリット１０Ａとする例について説明する。図４において、上図が本実施の形態に係るＣｕ端子板１１Ｂの構成を示す側面図、下図が平面図である。
【００４６】
本実施の形態においては、図４に示すように、Ｃｕ（銅）から構成された突起部９ＡをＣｕ端子板１１Ｂの表面に２つ設け、当該突起部９Ａ間をスリット１０Ａとする。スリット１０Ａのスリット幅は、実施の形態１と同様に、Ｘ＝（スリット幅）／（Ａｌ線３の線径）とすると、Ｘの値が、０.５≦Ｘ≦０．９５の範囲になるように設定することが望ましい。なお、スリット１０Ａの深さ（奥行）は、Ａｌ線３が十分挿入できれば良く、Ａｌ線３の線径以上であれば良い。
【００４７】
スリット１０Ａは一端が外部に開口しているため、スリット１０Ａの内壁は、図４の上図に示されるように、略コの字の形状となっている。当該コの字の内壁を、対向する２つの側内壁と、当該２つの側内壁に隣接する底内壁とに分けて呼称した場合、この２つの側内壁の表面は、Ａｌ線３の表面に形成されたＡｌ酸化膜４を研削して除去できるように、例えばやすり状に加工された研削用加工面（以下、研削面８Ａとする）となっている。従って、実施の形態１と同様に、Ａｌ線３をスリット１０Ａに挿入した段階で、Ａｌ線３の表面のＡｌ酸化膜４がある程度除去され、その後、溶融したはんだ２（図示省略）内で、Ａｌ線３を所定距離だけ引いて移動させ（この場合の引く方向は水平方向）、Ａｌ線３の表面のＡｌ酸化膜４を研削面８により擦ってＡｌ酸化膜４を破壊、除去する。このように、スリット１０Ａの機能は、実施の形態１のスリット１０と全く同じである。他の構成および動作については、実施の形態１または２と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、スリット１０Ａを、Ｃｕ端子板１１Ｂの表面に形成した突起部９Ａにより構成するようにし、スリット１０Ａの機能は、実施の形態１のスリット１０と全く同じにしたため、本実施の形態においても、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４９】
なお、上記の実施の形態１〜３においては、Ｃｕ部材とＡｌ部材との金属接合体を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、本発明は、第１の金属部材と当該第１の金属部材の主成分とは異なる主成分で表面に酸化被膜が形成される第２の金属部材とからなる金属接合体であれば、いずれのものにも適用可能である。なお、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ  Ｃｕ板、２，２Ａ  はんだ、３  Ａｌ線、４  Ａｌ酸化膜、５  タングステン（Ｗ）棒、６  金属間化合物、７  ホットプレート、８，８Ａ  研削面、９，９Ａ  Ｃｕ突起部、１０  スリット、１１，１１Ａ，１１Ｂ  Ｃｕ端子板、１２  矢印、１３  Ａｌ研削片。
【図１Ａ】
2014034050.tif 000005
【図１Ｂ】
2014034050.tif 000006
【図２】
2014034050.tif 000007
【図３】
2014034050.tif 000008
【図４】
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