(57)【要約】  半導体を利用した電子機器に用いられる、耐熱性に優れた金属基板が提供される。  前記金属基板は、基材層１と、前記基材層１に接合された反応抑制層２を備える。前記基材層１は、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、鉄−ニッケル合金のような鉄基材で形成される。前記反応抑制層２はＳｉ量が０．２mass％以上，８．５mass％以下、好ましくは０．４mass％以上，１．６mass％以下のＡｌ−Ｓｉ合金で形成される。前記反応抑制層２の外側表面にアルミニウム層が接合されてもよい。
2014057771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を利用した電子機器に用いられる金属基板であって、基材層と反応抑制層を備え、前記基材層の一方の表面に前記反応抑制層が接合され、前記基材層は鉄基材で形成され、前記反応抑制層はＳｉ量が０．２mass％以上、８．５mass％以下のＡｌ−Ｓｉ合金で形成された、金属基板。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金はＳｉ量が０．４mass％以上、１．６mass％以下である、請求項１に記載した金属基板。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金はＳｉ量が０．５mass％以上、１．０mass％以下である、請求項２に記載した金属基板。
【請求項４】
前記鉄基材は、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼及び鉄−ニッケル合金の内のいずれかの金属である、請求項１に記載した金属基板。
【請求項５】
前記鉄基材は、フェライト系ステンレス鋼である、請求項４に記載した金属基板。
【請求項６】
さらにアルミニウム層を備え、前記アルミニウム層は前記反応抑制層の外側表面に接合された、請求項１に記載した金属基板。
【請求項７】
さらに前記Ａｌ−Ｓｉ合金で形成された他の反応抑制層を備え、前記他の反応抑制層は前記基材層の他方の表面に接合された、請求項１に記載した金属基板。
【請求項８】
さらに前記Ａｌ−Ｓｉ合金で形成された他の反応抑制層を備え、前記他の反応抑制層は前記基材層の他方の表面に接合された、請求項６に記載した金属基板。
【請求項９】
さらに他のアルミニウム層を備え、前記他の反応抑制層の外側表面に前記他のアルミニウム層が接合された、請求項８に記載した金属基板。
【請求項１０】
金属基板の全体の厚さが３０μm 以上、１５０μm 以下とされた、請求項１、及び６から９のいずれか１項に記載した金属基板。
【請求項１１】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記反応抑制層の外側表面に形成された、請求項１に記載された金属基板。
【請求項１２】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記アルミニウム層の外側表面に形成された、請求項６に記載された金属基板。
【請求項１３】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記反応抑制層及び前記他の反応抑制層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に形成された、請求項７に記載された金属基板。
【請求項１４】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記アルミニウム層及び前記他の反応抑制層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に形成された、請求項８に記載された金属基板。
【請求項１５】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記アルミニウム層及び前記他のアルミニウム層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に形成された、請求項９に記載された金属基板。
【請求項１６】
太陽電池用の基板である、請求項１、６から９、及び１１から１５のいずれか１項に記載した金属基板。
【請求項１７】
太陽電池用の基板である、請求項１０に記載した金属基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池などの半導体を利用した電子機器の基板として好適な金属基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板を用いたシリコン系太陽電池から、ガラス基板の上に光電変換素子としての半導体膜が積層された薄膜太陽電池が用いられるようになってきた。従来、半導体膜の材料として、主にシリコン系半導体が用いられてきたが、最近では、ＣＩＳ系、ＣＩＧＳ系、ＣＺＴＳ系、ＣｄＴｅ系のような化合物系半導体や、有機系半導体が用いられるようになってきた。化合物系半導体膜は、光吸収率が高く、成膜時あるいは成膜後に５００℃程度の高温下で数十分程度保持する加熱処理を行うことにより、半導体膜の結晶性の向上や欠陥の低減が実現できて、高い変換効率を示す。【０００３】
また、薄膜太陽電池ではガラス基板の代わりに、軽量でフレキシブル性の良好な金属基板が用いられるようになってきた。例えば、特許文献１には、金属基材と、その上に形成されたアルミニウム層と、そのアルミニウム層の外側表面に一体的に形成された陽極酸化膜からなる絶縁層を備えた金属基板が提案されている。前記陽極酸化膜は、アルミニウム層の元になる初期アルミニウム層の表層部を陽極酸化処理して形成される。前記絶縁層を形成することによって、その上に多数の半導体素子を形成することができる。金属基板は、ガラス基板に比して軽量化が可能で、フレキシブル性に優れるという利点がある。金属基板は、薄膜太陽電池用の基板に限らず、薄膜トランジスタやＬＥＤ、有機ＥＬなどの半導体を利用した電子機器の基板としても利用される。【０００４】
前記金属基材にアルミニウム層及び陽極酸化膜を積層した金属基板では、アルミニウム層と陽極酸化膜との熱膨張係数が大きく相違するため、数百℃程度の温度でも陽極酸化膜にクラックが生じて、絶縁性が劣化しやすく、十分な耐熱性が得られていない。そこで、特許文献２に記載されているように、鋼基材と、その上にポーラス状の陽極酸化膜を備えた金属基板が提案された。前記ポーラス状の陽極酸化膜は、そこに作用する熱応力を緩和することができるため、前記金属基板では、５００℃程度の温度に対して陽極酸化膜のクラックの発生を抑制することができる。【０００５】
しかし、改良された金属基板を用いて、５００℃を越える高温下で金属基板を加熱処理すると、鋼基材のＦｅとアルミニウム層のＡｌとが反応して脆い金属間化合物が生成する。このため、その金属間化合物層が原因となって、鋼基材からアルミニウム層が剥離し、ひいては絶縁層も破壊するという問題が生じた。この問題を解決するため、特許文献３では、鋼基材にＴｉ層を介してアルミニウム層を形成した金属基板が提案された。この金属基板によると、前記Ｔｉ層により、５５０℃の高温下でもＡｌとＦｅとの拡散反応が抑制されるため、金属間化合物の成長が抑制される。このため、半導体膜の成膜の際、あるいはその後に５５０℃の高温の熱処理が金属基板に施されても、アルミニウム層に形成された陽極酸化膜のクラックの発生が抑制されて、高い絶縁性が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３２９９６
【特許文献２】特開２０１１−１２４５２６
【特許文献３】特開２０１１−１２４５３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記引用文献３に記載された半導体装置用金属基板により、鋼基材とアルミニウム層との間に生成する金属間化合物の成長がＴｉ層によって抑制され、金属基板の耐熱性が向上したが、Ｔｉは高価な材料であるため、材料コストの上昇が不可避である。Ｔｉ層の厚さを数μm 程度に薄くすることで、この問題はある程度軽減することができるが、Ｔｉは展伸性が低く、破断しやすい材料であるため、クラッド法では数ミクロ程度の薄いＴｉ層を形成することは、実際上困難である。それ故、スパッタリングのような物理的蒸着法を用いないとその実現は難しい。このように、薄いＴｉ層を形成するには高価な蒸着装置が必要になり、やはり金属基板の製造コストが上昇する。【０００８】
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、製造が容易であり、Ｔｉのような高価な材料を用いることなく、５００℃を越える高温の加熱処理が施されても、アルミニウム層や絶縁層がベースとなる鉄基材から剥離しない、優れた耐熱性を備えた金属基板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】
【０００９】
本発明者は、Ｔｉのような高価な材料を用いることなく、５００℃を越える高温下で加熱されても鉄基材とアルミニウム層との間に生成した金属間化合物が成長し難い材料を種々検討したところ、主成分がＡｌであるにも拘わらず、Ｓｉを特定量含有したＡｌ−Ｓｉ合金材は金属間化合物が成長し難いことを見出し、本発明を完成するに至った。【００１０】
本発明は、半導体を利用した電子機器に用いられる金属基板に関するものであり、本発明による第１形態の金属基板は、基材層と反応抑制層を備え、前記基材層の一方の表面に前記反応抑制層が接合され、前記基材層は鉄基材で形成され、前記反応抑制層はＳｉ量が０．２mass％以上、８．５mass％以下のＡｌ−Ｓｉ合金で形成されたものである。以下、「mass％」は単に「％」と記載する。前記Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ量は、好ましくは０．４％以上，１．６％以下、より好ましくは０．５％以上，１．０％以下である。【００１１】
前記第１形態の金属基板によれば、反応抑制層をＳｉを０．２％以上，８．５％以下を含むＡｌ−Ｓｉ合金で形成したので、金属基板に５００℃を越える高温で加熱処理を施しても、基材層と反応抑制層との間に生成したＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物にＳｉが不可避的に拡散混入するため、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の成長が抑制され、その結果、金属間化合物層の成長に起因する反応抑制層の剥離が防止され、基板の耐熱性が向上する。また、基材層、反応抑制層は、互いに圧接により容易に接合することができるので、本発明に係る金属基板は、高価な蒸着装置を用いることなく、クラッド法により容易に製造することができる。【００１２】
前記鉄基材として、純鉄や炭素鋼のほか、各種合金鋼が用いられる。合金鋼としてはステンレス鋼が好ましい。さらに、オーステナイト系ステンレス鋼よりフェライト系ステンレス鋼の方が、熱膨張係数やコストの点から好ましい。ステンレス鋼は耐食性が優れる上、ステンレス鋼に含まれるＣｒが加熱処理の際に前記金属間化合物に不可避的に拡散混合するため、金属間化合物の成長をより一層抑制することができる。この利点は本発明を成す過程で見出されたものである。【００１３】
本発明による第２形態の金属基板は、前記第１形態の２層構造の金属基板をベースとして、その反応抑制層の外側表面すなわち露出側表面に、さらにアルミニウム層が接合されたものである。前記アルミニウム層はクラッド法により容易に反応抑制層に接合される。【００１４】
前記アルミニウム層は、純Ａｌで形成することが好ましい。純Ａｌは介在物が少ないため、反応抑制層を形成するＡｌ−Ｓｉ合金と比較すると、アルミニウム層は表面平滑性に優れる。さらに、アルミニウム層に均一な厚さのアルミニウムの陽極酸化膜を形成することができ、さらにその上に均一厚さの半導体膜を成膜することができる。ところで、前記反応抑制層は前記基材層に圧接により接合される際に、Ａｌ−Ｓｉ合金中に存在した介在物は基地中に埋入される。このため、反応抑制層は比較的平滑な表面を備える。特に、Ｓｉ量が１．６％以下と少ない場合、より平滑な表面が得られる。このため、前記アルミニウム層を備えていない金属基板でも、反応抑制層の上方に均一厚さの半導体膜を積層することができる。【００１５】
本発明による第３形態の金属基板は、前記第１形態の２層構造の金属基板をベースとして、その基材層の他方の表面にさらに他の反応抑制層が接合されたものである。また、本発明による第４形態の金属基板は、前記第２形態の３層構造の金属基板をベースとして、その基材層の他方の表面にさらに他の反応抑制層が接合されたものである。また、本発明による第５形態の金属基板は、前記第４形態の４層構造の金属基板をベースとして、前記他の反応抑制層の外側表面すなわち露出側表面に他のアルミニウム層を接合したものである。前記他の反応抑制層も、前記反応抑制層と同様、前記Ａｌ−Ｓｉ合金により形成される。また、前記他のアルミニウム層も、前記アルミニウム層と同様、純アルミニウムで形成されることが好ましい。前記他の反応抑制層や前記他のアルミニウム層も、それらと隣接する層にクラッド法により容易に接合される。【００１６】
前記各形態の金属基板は、その全体の厚さを３０μm 以上、１５０μm 以下とすることが好ましい。このような厚さに設定することにより、基板に良好なフレキシブル性を付与することができる。【００１７】
また、前記アルミニウム層あるいは前記反応抑制層の最外側表面すなわち露出側表面に絶縁層を形成してもよい。すなわち、前記第１形態の金属基板の反応抑制層の外側表面に、第２形態の金属基板のアルミニウム層の外側表面に、第３形態の金属基板の前記反応抑制層及び前記他の反応抑制層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に、および第４形態の金属基板の前記アルミニウム層及び前記他の反応抑制層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に絶縁層を形成してもよい。同様に、第５形態の金属基板の前記アルミニウム層及び前記他のアルミニウム層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に絶縁層を形成してもよい。前記絶縁層として、例えば、アルミニウムの陽極酸化膜を利用することができる。【００１８】
前記絶縁膜を設けることにより、その上に互いに電気的に絶縁された多数の半導体膜からなる半導体素子を容易に形成することができる。前記絶縁層は、前記反応抑制層やアルミニウム層の露出側表面の耐食性を向上させる利点もある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の金属基板によると、鉄基材で形成された基材層に所定量のＳｉを含むＡｌ−Ｓｉ合金からなる反応抑制層が接合されるので、基材層と反応抑制層との間に金属間化合物が成長し難くなる。このため、金属基板に５００℃を越える高温での加熱処理を施しても、基材層と反応抑制層との剥離が抑制され、金属基板に優れた耐熱性を付与することができる。さらに、Ｔｉに比してＡｌ−Ｓｉ合金は材料コストが低廉であり、また圧接による接合性も良好であるので、本発明の金属基板は製造が容易で、経済的である。このように、本発明は、太陽電池のような、半導体を利用した電子機器用の基板として好適な金属基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による金属基板の断面図である。
【図２】第２実施形態による金属基板の断面図である。
【図３】第３実施形態による金属基板の断面図である。
【図４】第４実施形態による金属基板の断面図である。
【図５】第５実施形態による金属基板の断面図である。
【図６】絶縁層を備えた第２実施形態の金属基板の断面図である。
【図７】曲げ試験の実施方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態による２層構造の金属基板を示しており、この金属基板は、鉄基材で形成された基材層１と、前記基材層１の上に接合された反応抑制層２を備える。また、図２は、本発明の第２実施形態による３層構造の金属基板を示しており、この金属基板は、鉄基材で形成された基材層１と、前記基材層１の上に接合された反応抑制層２を備え、さらに前記反応抑制層２の上に接合されたアルミニウム層３を備えている。第１及び第２実施形態において、隣接する層は、圧接のみにより接合されていてもよいが、さらに拡散接合されていてもよい。拡散接合されると、隣接する層同士の接合力が向上し、剥がれ難くなる。このため、金属基板の耐久性が向上する。なお、図２において、第１実施形態の金属基板の構成部分に対応する部分は同符合で示されている。後述する他の実施例においても、それぞれ対応する部分は同符合で示される。
【００２２】
前記基材層１を形成する鉄基材としては、Ｆｅを５０％以上含有するＦｅ系合金が用いられる。例えば、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、鉄−ニッケル合金（Ｆｅ−（３５％〜５０％）Ｎｉ合金）を挙げることができる。前記鉄−ニッケル合金は、熱膨張係数が炭素鋼やステンレス鋼より低い。基材層１の厚さは、金属基板の用途によって種々選択することができるが、太陽電池用基板では２０μm から８０μm 程度とされる。
【００２３】
前記炭素鋼としては、加工性の点からＣ量が０．３％以下の軟鋼が好ましく、０．２％以下の極軟鋼がより好ましい。炭素鋼材としては、ＪＩＳ規定の冷延鋼板であるＳＰＣＣやＳＰＣＤ等を用いることができる。前記ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼のいずれも用いることができる。もっとも、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレスより熱膨張係数が小さいため、半導体素子との熱膨張差を軽減することができ、かつ経済的なので、より好ましい。フェライト系ステンレス鋼としては、例えば、ＪＩＳ規定のＳＵＳ４０５，４２９，４３０，４３４を挙げることができる。
【００２４】
前記反応抑制層２は、本質的にＳｉを０．２％以上，８．５％以下、好ましくは０．４％以上，１．６％以下、より好ましくは０．５％以上，１．０％以下を含み、残部としてＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｓｉ合金で形成される。後述する実施例から明らかなように、Ｓｉ量を０．２％から８．５％とすることにより、金属基板を５２０℃の高温で６０分間保持した場合でも、基材層１と反応抑制層２との間に生成した金属間化合物の成長が抑制される。このため、基材層１と、反応抑制層２との接合力が劣化せず、基材層１から反応抑制層２が剥離し難くなり、金属基板の耐熱性が向上する。しかし、８．５％を越えると５２０℃の加熱でも材料の脆化が著しくなり、加工性が低下するので、上限を８．５％とする。前記反応抑制層２の厚さは、金属基板の用途によって種々選択することができるが、太陽電池用基板では０．１μm から３０μm 程度とされる。
【００２５】
また、前記反応抑制層２のＳｉ量を０．４％から１．６％とすることにより、金属基板を５８０℃で２０分間保持した場合でも、基材層１と反応抑制層２との接合が良好に維持される。しかし、１．５％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ合金の融点の低下により、５８０℃では溶融するようになる。
【００２６】
さらに、Ｓｉ量を０．５％から１．０％とすることにより、６００℃で１０分間保持した場合でも、十分な接合力が確保される。しかし、１．０％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ合金の融点の低下により、６００℃では溶融するようになる。なお、化合物半導体の結晶化や欠陥低減のための加熱処理は、高温で加熱するほど効果が大きい。また高温で処理することにより、保持時間を短縮することができる。
【００２７】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金は、本質的にＡｌとＳｉの二元合金でよいが、金属間化合物の成長抑制作用を損なわない範囲で種々の元素が含有されてもよい。例えば、Ｆｅ：０．８％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｍｇ：１．０％以下、Ｚｎ：０．２％以下、その他の元素：それぞれ０．０５％以下で合計量０．１５％以下の下で、種々の元素が単独で、あるいは複合して含有されてもよい。このため、前記Ａｌ−Ｓｉ合金としては、ＪＩＳに規定される４０４３（展伸材）、４００４（ろう材）、４０４５（ろう材）、４３４３（ろう材）のようなＡｌ−Ｓｉ合金を使用することができる。
【００２８】
前記アルミニウム層３は、好ましくは純アルミニウムで形成される。Ａｌの純度は９９．０％以上が好ましく、９９．５％以上がより好ましい。高純度の純アルミニウムほど、晶出物、析出物等の金属系介在物や非金属系介在物が少なく、平滑な表面が圧延や化学研磨により容易に得られる。前記純アルミニウムとしては、例えばＪＩＳに規定される１Ｎ９９，１Ｎ９０，１０８０，１０７０，１０６０，１０５０，１１００などを挙げることができる。前記アルミニウム層３の厚さは、金属基板の用途によって種々選択されるが、太陽電池用基板では５μm から４０μm 程度とされる。また、前記基材層１，反応抑制層２およびアルミニウム層３の合計厚さを３０μm から１５０μm 程度、好ましくは５０μm から１２０μm 程度に設定することによって、金属基板に良好なフレキシブル性を付与することができる。
【００２９】
次に、本発明の金属基板の製造方法を、前記第２実施形態の３層構造の金属基板を基に説明する。まず、基材層１の元になる鉄基材元板、反応抑制層２の元になるＡｌ−Ｓｉ合金元板、アルミニウム層の元になる純アルミニウム元板を準備する。これらの元板は予め軟化焼鈍されていることが好ましい。次に、これらの元板を同順序で重ね合わせて、その重ね合わせ材を冷間圧延して隣接する元板同士を相互に圧接する。このとき、冷間圧延は、圧下率を４０％から８０％程度とし、１回の圧下で済ますことが好ましい。
【００３０】
上記のようにして得られた圧接材を必要に応じて拡散焼鈍し、圧接材の隣接する層同士を互に拡散接合する。拡散焼鈍は必須ではないが、これにより各層間の接合力が向上して、金属基板の耐久性や取り扱い性が向上する。拡散焼鈍条件は、焼鈍温度３５０℃から４５０℃程度、保持時間１分から１０分程度で十分である。この程度の焼鈍では、基材層と反応抑制層との間に生成する金属間化合物層は、顕微鏡で観察できないほど薄く、それらの層の接合強度はかなり上昇する。また、圧接材あるいは拡散焼鈍材（拡散接合された圧接材）に、目標とする金属基板の厚さに調整するため、必要に応じて冷間圧延を施してもよい。
【００３１】
上記製造方法においては、鉄基材元板、Ａｌ−Ｓｉ合金元板および純アルミニウム元板の重ね合わせ材を冷間圧延により圧接して３層構造の圧接材を得た。しかし、この方法に限らず、まず鉄基材元板とＡｌ−Ｓｉ合金元板とを圧接して二層構造の圧接材を製作し、この圧接材と純アルミニウム元板とを圧接して３層構造の圧接材としてもよい。あるいはＡｌ−Ｓｉ合金元板と純アルミニウム元板とを圧接して得られた二層構造の圧接材に鉄基材元板を圧接して３層構造の圧接材としてもよい。なお、第１実施形態の金属基板を製造する場合、アルミニウム元板を用いることなく、鉄基材元板とＡｌ−Ｓｉ合金元板とを圧接し、必要に応じてその圧接材に拡散焼鈍を施し、さらに必要に応じて冷間圧延を施せばよい。
【００３２】
本発明による金属基板は上記２層構造及び３層構造の金属基板に限らず、以下に述べるように他の積層構造とすることができる。これらの積層構造の金属基板も前記３層構造の金属基板と同様の方法で製造することができる。
【００３３】
図３は、第３実施形態による金属基板を示しており、図１で示した第１実施形態による２層構造の金属基板をベースとして、その基材層１の他方の表面に他の反応抑制層２Ａが接合されている。この場合、基材層１の一方の表面に接合された反応抑制層２と、他方の表面に接合された他の反応抑制層２Ａの厚さを同一ないし略同一とすることにより、金属基板を圧接により製造する際に生じる基板の反りを防止することができる。
【００３４】
図４は、第４実施形態による金属基板を示しており、図２で示した第２実施形態による３層構造の金属基板をベースとして、その基材層１の他方の表面に他の反応抑制層２Ａが接合されている。この場合、反応抑制層２およびアルミニウム層３との合計厚さと、他の反応抑制層２Ａの厚さとを同一乃至ほぼ同一にすることにより、圧接の際に生じる基板の反りを防止することができる。
【００３５】
図５は、第５実施形態による金属基板を示しており、図４で示した第４実施形態による４層構造の金属基板をベースとして、他の反応抑制層２Ａの上に他のアルミニウム層３Ａが接合されている。この場合、金属基板の反り防止のため、反応抑制層２及びアルミニウム層３の合計の厚さと、他の反応抑制層２Ａ及び他のアルミニウム層３Ａとの合計厚さとを同一乃至ほぼ同一にすることが好ましい。
【００３６】
上記各実施形態の金属基板において、全ての層の合計厚さは３０μm から１５０μm 程度、好ましくは５０μm から１２０μm 程度に設定することが好ましい。これにより、金属基板に良好なフレキシブル性を付与することができる。
【００３７】
また、前記第２実施形態の金属基板において、図６に示すように、前記アルミニウム層３の外側表面すなわち露出側表面に絶縁層４を形成してもよい。この絶縁層４として陽極酸化膜を用いることができる。前記陽極酸化膜は、基材層１に接合された初期アルミニウム層の表面層を陽極酸化処理することによって前記アルミニウム層３の上に一体的に形成される。前記初期アルミニウム層は、前記アルミニウム層３の厚さよりも概ね陽極酸化膜の膜厚分だけ厚く形成される。前記絶縁層４の厚さは、１μm から１５μm 程度とされる。図１に示した２層構造の金属基板についても、同様にして、前記反応抑制層２の外側表面に絶縁層４を形成してもよい。
【００３８】
前記絶縁層４の形成方法としては陽極酸化処理に限らない。初期アルミニウム層あるいは初期反応抑制層の表面層に加熱処理やプラズマ処理を施して絶縁層を形成してもよい。また、アルミニウム層３や反応抑制層２の上にガラスフリットをコーティングした後、そのコーティング層を加熱溶融し、冷却することによって形成してもよい。さらに、蒸着法等によってアルミニウム層３や反応抑制層２の上に直接形成することもできる。この場合、アルミニウム層３や反応抑制層２の上にアルミナや二酸化ケイ素等の化合物からなる絶縁層が成膜される。
【００３９】
また、図３に示された前記第３実施形態の金属基板において、一方の最外層である反応抑制層２及び他方の最外層である反応抑制層２Ａのいずれか一方あるいは各々の外側表面（露出側表面）に絶縁層を形成してもよい。図３では、反応抑制層２および他の反応抑制層２Ａのいずれの外側表面にも二点鎖線によって描かれた絶縁層４が示されているが、いずれか一方の外側表面のみに絶縁層を形成してもよい。前記反応抑制層２，２Ａを備えた金属基板を陽極酸化処理することにより、それらの外側表面に陽極酸化膜からなる絶縁層４を同時に形成することができる。また、陽極酸化処理に際して、いずれか一方の外側表面を、例えば樹脂によって被覆することにより、他方の外側表面のみに陽極酸化膜を形成することができる。
【００４０】
同様に、図４に示された前記第４実施形態の金属基板において、一方の最外層であるアルミニウム層３及び他方の最外層である他の反応抑制層２Ａのいずれか一方あるいは各々の外側表面に絶縁層４を形成してもよい。同様に、図５に示された前記第５実施形態の金属基板において、一方の最外層であるアルミニウム層３及び他方の最外層である他のアルミニウム層３Ａのいずれか一方あるいは各々の外側表面に絶縁層を形成してもよい。図３から図５では、一方の最外層及び他方の最外層のいずれの外側表面にも二点鎖線によって描かれた絶縁層４が示されているが、いずれか一方の外側表面にのみ絶縁層を形成してもよい。
【００４１】
前記絶縁層を備えた金属基板についても、絶縁層を含む全層の合計厚さを３０μm から１５０μm 程度、好ましくは５０μm から１２０μm 程度に設定することにより、金属基板に良好なフレキシブル性を与えることができる。
【００４２】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【実施例】
【００４３】
表１に示した各試料の金属基板が以下の方法により製作された。まず、各試料ごとに、表１に示した基材層用元板、反応抑制層用元板及びアルミニウム層用元板が準備され、それらの元板が重ね合わされ、その重ね合わせ材が圧接された。さらに、得られた圧接材に拡散焼鈍が施されて、試料となる金属基板が製作された。【００４４】
前記基材層用元板は、それぞれ厚さが０．５mmの冷延鋼板（ＪＩＳ規定のＳＰＣＣ）及びステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０）であり、前記反応抑制層用元板は、同表に示した種々のＳｉ量のＡｌ−Ｓｉ合金板（厚さ０．５mm）であり、アルミニウム層用元板は純度が９９．８％の純アルミニウム板（厚さ０．４mm）であった。各元板は、幅が２０mmであり、予め軟化焼鈍された焼鈍材であった。前記冷延鋼板のＳＰＣＣ、ステンレス鋼のＳＵＳ４３０の化学組成は以下のとおりであった。
・ＳＰＣＣの化学組成（残部：Ｆｅ及び不純物）
Ｃ：０．０９％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３４％、Ｐ：０．０１６％、Ｓ：０．００８％、Ｎ：０．００２％
・ＳＵＳＵ４３０の化学組成（残部：Ｆｅ及び不純物）
Ｃ：０．０６％、Ｓｉ：０．３８％、Ｍｎ：０．２２％、Ｐ：０．０２０％、Ｓ：０．００５％、Ｎｉ：０．１０％、Ｃｒ１６．１１％、Ａｌ：０．００５％、Ｎ：０．０２１％【００４５】
前記重ね合わせ材は、圧下率７０％で一対のロールに通すことによって冷間圧延され、隣接する層が互いに圧接された。得られた圧接材の厚さは４２０μm 、幅は２０mmであった。この圧接材に対して焼鈍温度４００℃、焼鈍時間（保持時間）３分の拡散焼鈍が施された。なお、フレキシブルな金属基板を製造する場合は、上記のようにして製作した金属基板に更に適宜の圧下率で冷間圧延を施して、その厚さを１００μm 程度にすればよい。【００４６】
次に、表１に示す各試料の金属基板から長さ３０mm、幅１０mmの試験片が基板の長さ方向に沿って採取された。各試験片は、水素ガス雰囲気下にて、表２に示した温度、保持時間の下で加熱された。加熱後の試験片を用いて、基材層と反応抑制層との間に形成された金属間化合物層の厚さが以下の方法で測定された。前記試験片の長さ方向に等間隔で５つの観察部位を設定し、各観察部位の断面を顕微鏡観察（倍率４００）して金属間化合物層の厚さを測定し、測定した厚さの平均値を求め、その平均値を金属間化合物層の厚さとした。その測定結果を表２に示す。表２及び後述する表３において、符合「−」は測定を行わなかったものを示す。また、表２及び表３中、「溶融」と記載したものは、加熱中に反応抑制層が溶融したものを示す。【００４７】
さらに、加熱後の各試験片を用いて、曲げ試験を行い、基材層と反応抑制層の剥離状態を調べた。前記曲げ試験は以下の方法によって実施された。図７に示すように、試験片は、その長さ方向の中央部において、基材層１側を内側として半径２mmで９０°の角度で曲げられた後、元の平坦な状態に戻され、基材層１と反応抑制層２との曲げ部における剥離状態が観察された。観察結果を表３に示す。表３中、「○」は曲げ部において剥離が無かった場合を、「△」は曲げ部において一部剥離した場合を、「×」は曲げ部の全範囲で剥離した場合を示す。いずれの試料においても、反応抑制層２とアルミニウム層３との間では剥離は全く認められなかった。この曲げ試験の条件は、曲げ角度９０°、曲げ半径２mmであり、かなり厳しい条件である。このため、評価が△でも基材層１と反応抑制層２との接合に実用上、問題はないと考えられる。【００４８】
表２および表３において、試料No. １及び試料No. ２の加熱温度５２０℃、保持時間３０分の加熱結果、あるいは試料No. ７及び試料No. ８の５８０℃、３０分の加熱結果より、基材層１と反応抑制層２との間に形成された金属間化合物層の厚さが９μm 以上になると曲げ部で完全に剥離することが分かった。また、試料No. ３から試料No. １３の加熱温度５２０℃、保持時間３０分あるいは６０分での加熱結果から、Ｓｉ量が０．２％程度以上、８．５％程度以下で金属間化合物の生成、成長が８μm 以下に抑えられ、基材層１と反応抑制層２との接合に問題がないことが確認された。【００４９】
また、加熱温度５８０℃、保持時間２０分では、試料No. ５から試料No. ９より、Ｓｉ量が０．４％程度以上、１．５％程度以下で金属間化合物の成長が抑えられ、基材層１と反応抑制層２との接合に問題がないことが確認された。しかし、試料No. １０より、Ｓｉ量が１．８％程度になると、５８０℃、１０分程度の加熱で反応抑制層のＡｌ−Ｓｉ合金が溶融することが確認された。【００５０】
また、加熱温度６００℃、保持時間１０分では、試料No. ５から試料No. ７より、Ｓｉ量が０．５％程度以上、１．０％程度以下で金属間化合物の成長が抑えられ、基材層１と反応抑制層２との接合に問題がないことが確認された。しかし、試料No. ８より、Ｓｉ量が１．２％程度になると、６００℃、１０分程度の加熱で反応抑制層のＡｌ−Ｓｉ合金が溶融することが確認された。また、基材層を炭素鋼（ＳＰＣＣ）で形成した試料No. ６と、基材層をステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）で形成した試料No. １４とは共に反応抑制層がＳｉ量が０．７８％のＡｌ−Ｓｉ合金で形成されているが、これらを比較すると、加熱温度６００℃での試験結果から、基材層を炭素鋼よりステンレス鋼で形成するほうが、金属基板の耐熱性がより向上することが確認された。【００５１】
【表１】
2014057771.tif 000003
【００５２】
【表２】
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【００５３】
【表３】
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【符号の説明】
【００５４】
１  基材層
２，２Ａ  反応抑制層
３，３Ａ  アルミニウム層
４  絶縁層
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月17日(2014.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を利用した電子機器に用いられる金属基板であって、基材層と反応抑制層を備え、前記基材層の一方の表面に前記反応抑制層が接合され、前記基材層は鉄基材で形成され、前記反応抑制層はＳｉ量が０．２mass％以上、０．９０mass％以下、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｓｉ合金で形成された、金属基板。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金はＳｉ量が０．４mass％以上、０．９０mass％以下である、請求項１に記載した金属基板。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金はＳｉ量が０．５mass％以上、０．９０mass％以下である、請求項２に記載した金属基板。
【請求項４】
前記鉄基材は、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼及び鉄−ニッケル合金の内のいずれかの金属である、請求項１に記載した金属基板。
【請求項５】
前記鉄基材は、フェライト系ステンレス鋼である、請求項４に記載した金属基板。
【請求項６】
さらにアルミニウム層を備え、前記アルミニウム層は前記反応抑制層の外側表面に接合された、請求項１に記載した金属基板。
【請求項７】
さらに前記Ａｌ−Ｓｉ合金で形成された他の反応抑制層を備え、前記他の反応抑制層は前記基材層の他方の表面に接合された、請求項１に記載した金属基板。
【請求項８】
さらに前記Ａｌ−Ｓｉ合金で形成された他の反応抑制層を備え、前記他の反応抑制層は前記基材層の他方の表面に接合された、請求項６に記載した金属基板。
【請求項９】
さらに他のアルミニウム層を備え、前記他の反応抑制層の外側表面に前記他のアルミニウム層が接合された、請求項８に記載した金属基板。
【請求項１０】
金属基板の全体の厚さが３０μm 以上、１５０μm 以下とされた、請求項１、及び６から９のいずれか１項に記載した金属基板。
【請求項１１】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記反応抑制層の外側表面に形成された、請求項１に記載された金属基板。
【請求項１２】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記アルミニウム層の外側表面に形成された、請求項６に記載された金属基板。
【請求項１３】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記反応抑制層及び前記他の反応抑制層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に形成された、請求項７に記載された金属基板。
【請求項１４】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記アルミニウム層及び前記他の反応抑制層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に形成された、請求項８に記載された金属基板。
【請求項１５】
さらに絶縁層を備え、前記絶縁層は前記アルミニウム層及び前記他のアルミニウム層のいずれか一方あるいは各々の外側表面に形成された、請求項９に記載された金属基板。
【請求項１６】
太陽電池用の基板である、請求項１、６から９、及び１１から１５のいずれか１項に記載した金属基板。
【請求項１７】
太陽電池用の基板である、請求項１０に記載した金属基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、半導体を利用した電子機器に用いられる金属基板に関するものであり、本発明による第１形態の金属基板は、基材層と反応抑制層を備え、前記基材層の一方の表面に前記反応抑制層が接合され、前記基材層は鉄基材で形成され、前記反応抑制層はＳｉ量が０．２mass％以上、０．９０mass％以下、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｓｉ合金で形成されたものである。以下、「mass％」は単に「％」と記載する。前記Ａｌ−Ｓｉ合金のＳｉ量は、好ましくは０．４％以上，０．９０％以下、より好ましくは０．５％以上，０．９０％以下である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記第１形態の金属基板によれば、反応抑制層をＳｉを０．２％以上，０．９０％以下、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｓｉ合金で形成したので、金属基板に５００℃を越える高温で加熱処理を施しても、基材層と反応抑制層との間に生成したＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物にＳｉが不可避的に拡散混入するため、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の成長が抑制され、その結果、金属間化合物層の成長に起因する反応抑制層の剥離が防止され、基板の耐熱性が向上する。また、基材層、反応抑制層は、互いに圧接により容易に接合することができるので、本発明に係る金属基板は、高価な蒸着装置を用いることなく、クラッド法により容易に製造することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明の金属基板によると、鉄基材で形成された基材層に０．２〜０．９０％のＳｉを含み、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｓｉ合金からなる反応抑制層が接合されるので、基材層と反応抑制層との間に金属間化合物が成長し難くなる。このため、金属基板に５００℃を越える高温での加熱処理を施しても、基材層と反応抑制層との剥離が抑制され、金属基板に優れた耐熱性を付与することができる。さらに、Ｔｉに比してＡｌ−Ｓｉ合金は材料コストが低廉であり、また圧接による接合性も良好であるので、本発明の金属基板は製造が容易で、経済的である。このように、本発明は、太陽電池のような、半導体を利用した電子機器用の基板として好適な金属基板を提供することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
前記反応抑制層２は、Ｓｉを０．２％以上，０．９０％以下含み、残部としてＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ−Ｓｉ合金で形成される。後述する実施例から明らかなように、Ｓｉ量を０．２％から０．９０％とすることにより、金属基板を５２０℃の高温で６０分間保持した場合でも、基材層１と反応抑制層２との間に生成した金属間化合物の成長が抑制される。このため、基材層１と、反応抑制層２との接合力が劣化せず、基材層１から反応抑制層２が剥離し難くなり、金属基板の耐熱性が向上する。なお、Ｓｉ量が８．５％を越えると５２０℃の加熱でも材料の脆化が著しくなり、加工性が低下するようになる。前記反応抑制層２の厚さは、金属基板の用途によって種々選択することができるが、太陽電池用基板では０．１μm から３０μm 程度とされる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、前記反応抑制層２のＳｉ量を０．４％から０．９０％とすることにより、金属基板を５８０℃で２０分間保持した場合でも、基材層１と反応抑制層２との接合が良好に維持される。なお、Ｓｉ量が１．５％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ合金の融点の低下により、５８０℃では溶融するようになる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
さらに、Ｓｉ量を０．５％から０．９０％とすることにより、６００℃で１０分間保持した場合でも、十分な接合力が確保される。なお、Ｓｉ量が１．０％を越えると、Ａｌ−Ｓｉ合金の融点の低下により、６００℃では溶融するようになる。なお、化合物半導体の結晶化や欠陥低減のための加熱処理は、高温で加熱するほど効果が大きい。また高温で処理することにより、保持時間を短縮することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、加熱温度６００℃、保持時間１０分では、試料No. ５から試料No. ７より、Ｓｉ量が０．５％程度以上、０．９０％以下で金属間化合物の成長が抑えられ、基材層１と反応抑制層２との接合に問題がないことが確認された。しかし、試料No. ８より、Ｓｉ量が１．２％程度になると、６００℃、１０分程度の加熱で反応抑制層のＡｌ−Ｓｉ合金が溶融することが確認された。また、基材層を炭素鋼（ＳＰＣＣ）で形成した試料No. ６と、基材層をステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）で形成した試料No. １４とは共に反応抑制層がＳｉ量が０．７８％のＡｌ−Ｓｉ合金で形成されているが、これらを比較すると、加熱温度６００℃での試験結果から、基材層を炭素鋼よりステンレス鋼で形成するほうが、金属基板の耐熱性がより向上することが確認された。
【国際調査報告】
2014057771.tif 000013
2014057771.tif 000014
2014057771.tif 000015
2014057771.tif 000016