(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む第１部材とアルミニウムを含む第２部材とを接合するための接合方法であって、
前記第１部材と前記第２部材との間にクロムを含む中間部材を設け、該中間部材と前記第２部材との間にアルミニウムを含むろう材を設けた状態で前記第１部材と前記第２部材とをろう付けによって接合する場合に、
前記中間部材として、前記第１部材の接合面上に形成され、ニッケルを含む第１めっき層と、前記第１めっき層上に形成され、前記クロムを含む第２めっき層と、前記第２めっき層上に形成され、ニッケルを含む第３めっき層とを含む多層のめっき層を設け、
前記ろう付けの前に、前記多層のめっき層からなる中間部材を接合面上に設けた前記第１部材に熱処理を施すことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合方法において、
前記第１めっき層の厚みを２μｍ以上とし、前記第２めっき層の厚みを３μｍ以上とし、前記第３めっき層の厚みを３μｍ以上とすることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の接合方法において、
前記熱処理は、不活性ガス又は還元雰囲気中において、２４０℃以上の温度で３分以上の熱処理を行うことで、前記第１めっき層と前記第２めっき層との界面及び前記第２めっき層と前記第３めっき層との界面に、前記第２めっき層に含まれる前記クロムと、前記ニッケルとの合金層を形成することを特徴とする接合方法。
【請求項４】
請求項１記載の接合方法において、
前記中間部材は、前記クロムに代えて又は前記クロムと共に、チタン、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも１種類を含むことを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅を含む部材とアルミニウムを含む部材とをろう付けによって接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）や銅合金等の銅を含む部材（以下、「Ｃｕ材」ともいう）と、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金等のアルミニウムを含む部材（以下、「Ａｌ材」ともいう）は、電気抵抗や熱抵抗が近く、共に汎用的な材料であるため、両者を接合した接合部材（異種金属接合部材）として各種の用途に使われている。
【０００３】
Ｃｕ材とＡｌ材の接合において、ろう付けは一般的な方法であり、特に融点の低いアルミニウムろう（以下、「Ａｌろう材」ともいう）は比較的低温（５００〜６００℃程度）で接合することができ、母材となるＡｌ材と同様な成分でもあるため、Ａｌ材側との接合信頼性に優れている。一方、接合時、ＡｌとＣｕが接すると容易に共晶体が形成され、Ａｌ−Ｃｕ共晶体は融点が低い（５４８℃）ため、ろう付け温度によっては共晶の溶融と共にＡｌやＣｕの母材が溶け、母材材料が共晶中に溶け込んでしまう現象、いわゆる母材食われを引き起こすことがある。
【０００４】
そこで、Ａｌろう材とＣｕ母材とを直接接触させないために、例えば、特許文献１には、Ｃｕ材の接合面上に、Ａｌろう材との濡れ性がよく、比較的安価なニッケル（Ｎｉ）めっき被膜を形成することで、このめっき被膜を障壁（バリア層）として機能させることで母材の溶融を防止する方法が開示されている。また、特許文献２には、Ｃｕ材とＡｌ材とを接合する際に、Ｃｕ材の接合面上に銀（Ａｇ）からなる金属層を形成し、Ａｌ−Ｓｉ系の合金ろう材を用いることでＡｌ−Ａｇの金属間化合物が生成された層を形成し、両部材間を強固に接合する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４６７３７号公報
【特許文献２】特許第３９１７５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１記載の方法では、ろう付け時の加熱によってＡｌろう材へのＮｉめっきの拡散を生じ、Ｎｉめっき層が全て拡散した後はＡｌ−Ｃｕの共晶が起こることになる。また、特許文献２記載の方法でも略同様に、合金ろう材へのＡｇ層の拡散を生じた後、Ａｌ−Ｃｕの共晶を生じることになり、結局のところ、形成されたＡｌ−Ｃｕ共晶体による溶融、母材食われを生じる可能性がある。また、Ａｇの使用は、非常にコスト高になる。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、Ｃｕ材とＡｌ材とをろう付けによって接合する場合に、Ａｌ−Ｃｕ共晶の形成と、この共晶の溶融による母材食われを防止することができる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】
【０００８】
本発明に係る接合方法は、銅を含む第１部材とアルミニウムを含む第２部材とを接合するための接合方法であって、前記第１部材と前記第２部材との間にクロムを含む中間部材を設け、該中間部材と前記第２部材との間にアルミニウムを含むろう材を設けた状態で前記第１部材と前記第２部材とをろう付けによって接合することを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、クロムを含む中間部材がバリア層（障壁）として機能するため、ろう付け工程時に第１部材と第２部材との直接的な接触が抑えられ、Ａｌ−Ｃｕ共晶の発生を防止し、第１部材や第２部材に母材食われを発生することを防止できる。
【００１０】
前記中間部材として、前記第１部材の接合面上に形成され、ニッケルを含む第１めっき層と、前記第１めっき層上に形成され、前記クロムを含む第２めっき層と、前記第２めっき層上に形成され、ニッケルを含む第３めっき層とを含む多層のめっき層を設け、前記ろう付けの前に、前記多層のめっき層からなる中間部材を接合面上に設けた前記第１部材に熱処理を施すとよい。この熱処理により、第１めっき層と第２めっき層との間及び第２めっき層と第３めっき層との間に、クロムとニッケルとの合金層であるＮｉ−Ｃｒ合金層が形成されるため、このＮｉ−Ｃｒ合金層がろう材に含まれるアルミニウムと第３めっき層に含まれるニッケルの拡散を抑制するバリア層となるため、アルミニウムと銅との直接的な接触がより確実に抑えられ、Ａｌ−Ｃｕ共晶の発生が防止されることから、母材食われを一層確実に防止することができる。
【００１１】
前記第１めっき層の厚みを２μｍ以上とし、前記第２めっき層の厚みを３μｍ以上とし、前記第３めっき層の厚みを３μｍ以上とすると、前記Ｎｉ−Ｃｒ合金層を十分な厚みで形成することができる。
【００１２】
前記熱処理は、不活性ガス又は還元雰囲気中において、２４０℃以上の温度で３分以上の熱処理を行うことで、前記第１めっき層と前記第２めっき層との界面及び前記第２めっき層と前記第３めっき層との界面に、前記第２めっき層に含まれる前記クロムと、前記ニッケルとの合金層を形成するようにすると、前記Ｎｉ−Ｃｒ合金層をより確実に形成することができる。
【００１３】
前記中間部材は、前記クロムに代えて又は前記クロムと共に、チタン、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも１種類を含むように構成しても、これら各材料とニッケルとの間で合金層が形成されるため、クロムを用いた場合と略同様なバリア層としての機能を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、クロムを含む中間部材がバリア層（障壁）として機能するため、ろう付け工程時に第１部材と第２部材との直接的な接触が抑えられ、Ａｌ−Ｃｕ共晶の発生を防止し、第１部材や第２部材に母材食われを発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る接合方法によってＣｕ材とＡｌ材とをろう付けし、接合部材を形成する手順を示す断面説明図であり、図１（Ａ）は、Ｃｕ材上に３層のめっき層を形成した状態を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す部材に熱処理を施した状態を示す図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示す部材の上にＡｌろう材とＡｌ材とを設置した状態を示す図であり、図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）に示す部材を加熱し、Ｃｕ材とＡｌ材とをろう付けして接合部材を形成した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る接合方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る接合方法によってＣｕ材１２とＡｌ材１４とをろう付けし、接合部材１０を形成する手順を示す断面説明図であり、図１（Ａ）は、Ｃｕ材１２上に３層のめっき層を形成した状態を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す部材に熱処理を施した状態を示す図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示す部材の上にＡｌろう材１６とＡｌ材１４とを設置した状態を示す図であり、図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）に示す部材を加熱し、Ｃｕ材１２とＡｌ材１４とをろう付けして接合部材１０を形成した状態を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る接合方法は、銅（Ｃｕ）又は銅を主成分とする合金（銅合金）等のＣｕ材１２と、アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウムを主成分とする合金（アルミニウム合金）等のＡｌ材１４とを接合するための方法（異種金属接合方法）であり、例えば、家庭用、業務用及び車両用等の冷凍機器や空調機器に用いられる熱交換器の継手部の接合や、電子デバイス等の通電端子の接合等に好適に用いることができる。
【００１９】
本実施形態に係る接合方法では、先ず、図１（Ａ）に示すように、一方の母材となるＣｕ材１２の接合面１２ａの上に、該接合面１２ａ側から順に、第１Ｎｉ系めっき層１８と、Ｃｒ系めっき層２０と、第２Ｎｉ系めっき層２２とからなる多層（本実施形態では３層）のめっき層である中間部材２３を形成する工程（めっき工程）を実行する。
【００２０】
最下層の第１Ｎｉ系めっき層１８は、ニッケル（Ｎｉ）及びニッケルを主成分とした合金を複合めっきしたものであり、中間層となるＣｒ系めっき層２０に含まれるクロム（Ｃｒ）の密着性維持のための下地めっきとして形成され、例えば２μｍの厚みで形成される。中間層のＣｒ系めっき層２０は、クロム（Ｃｒ）及びクロムを主成分とした合金を複合めっきしたものであり、例えば３μｍの厚みで形成される。クロムはアルミニウムと拡散し難いため、Ｃｒ系めっき層２０は、Ｃｕ材１２とＡｌ材１４との間のバリア層（障壁）として機能する。最上層の第２Ｎｉ系めっき層２２は、第１Ｎｉ系めっき層１８と同様に、ニッケル（Ｎｉ）及びニッケルを主成分とした合金を複合めっきしたものであり、例えば３μｍの厚みで形成される。第２Ｎｉ系めっき層２２に含まれるニッケルは、Ａｌろう材１６に含まれるアルミニウムとの濡れ性がよいため、Ｃｒ系めっき層２０の上層として当該第２Ｎｉ系めっき層２２を設けている。
【００２１】
次に、不活性ガス中又は還元雰囲気下において、図１（Ａ）に示す部材を、２４０〜５００℃程度の加熱温度、３〜３０分程度の加熱時間で熱処理する工程（熱処理工程）を行う。図１（Ｂ）に示すように、この熱処理工程により、各めっき層間、つまり第１Ｎｉ系めっき層１８とＣｒ系めっき層２０との間（界面）、及びＣｒ系めっき層２０と第２Ｎｉ系めっき層２２との間（界面）には、それぞれ薄いＮｉ−Ｃｒ合金層（合金層）２４、２６が形成される。
【００２２】
続いて、図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示すように、Ａｌろう材１６を用いて、図１（Ｂ）に示す熱処理工程後の部材に他方の母材となるＡｌ材１４をろう付けする工程（ろう付け工程）を実行する。このろう付け工程は、アルミニウムを含む一般的なろう材であるＡｌろう材１６を用い、一般的なろう付け方法に従って実施すればよい。
【００２３】
先ず、図１（Ｃ）に示すように、第２Ｎｉ系めっき層２２の上にＡｌろう材１６を配置し、該Ａｌろう材１６の上にＡｌ材１４を配置する。この際、Ａｌ材１４の接合面１４ａや第２Ｎｉ系めっき層２２の上面に、アルミニウムのろう付けに適した通常のフラックスを塗布しておくとよい。次に、図１（Ｄ）に示すように、図１（Ｃ）に示す部材を、一般的なろう付け条件、例えば、不活性ガス中又は還元雰囲気下において、５００〜６００℃程度の加熱温度、１〜１０分程度の加熱時間で加熱することにより、Ｃｕ材１２とＡｌ材１４とをろう付けによって接合して接合部材１０を形成する。
【００２４】
このろう付け工程時、多層のめっき層のうちの最上層の第２Ｎｉ系めっき層２２に含まれるニッケルがＡｌろう材１６に拡散した後（図１（Ｃ）中の矢印参照）、Ｎｉ−Ｃｒ合金層２６とＡｌろう材１６とが接触し、その間（界面）にＡｌ−Ｎｉ合金層２８が形成されることにより、ニッケルの濡れ性とクロムの拡散抑制とが同時に満足されるため、Ａｌ−Ｃｕの共晶を抑え（図１（Ｄ）参照）、Ｃｕ材１２及びＡｌ材１４の母材食われを防止することができる。
【００２５】
なお、当該接合方法では、ろう付け工程の後工程で熱履歴がある場合においても、接合部材１０ではＮｉ−Ｃｒ合金層２６とＡｌろう材１６の接合がなされているため、Ｎｉ−Ｃｒ合金層２６の拡散が遅く、Ａｌ−Ｃｕ共晶が極めて起こりにくく、後工程の制限の少ない接合部材１０を得ることができるという利点もある。また、めっき工程は一般的なＣｕ材１２上に下地となる第１Ｎｉ系めっき層１８を設けてからＣｒ系めっき層２０を形成し、その上層に第２Ｎｉ系めっき層２２を積層するだけの工程でよいため、量産性に優れ、安価に接合部材１０を形成することができる。
【００２６】
以上のように、本実施形態に係る接合方法によれば、銅を含むＣｕ材（第１部材）１２とアルミニウムを含むＡｌ材（第２部材）１４との間にクロムを含む中間部材２３を設け、この中間部材２３とＡｌ材１４との間にＡｌろう材１６を設けた状態でろう付け工程を行うことにより、Ｃｕ材１２とＡｌ材１４とを接合する。これにより、クロムを含む中間部材２３がバリア層（障壁）として機能するため、ろう付け工程時にＣｕ材１２とＡｌ材１４との直接的な接触が抑えられ、Ａｌ−Ｃｕ共晶の発生を防止し、Ｃｕ材１２やＡｌ材１４の母材食われを防止することができる。中間部材２３を構成するＣｒ系めっき層２０に含まれるクロムの表面には酸化膜が形成されるため、Ａｌとの拡散が非常に起こり難くなるからである。
【００２７】
中間部材２３として、Ｃｕ材１２の接合面１２ａ上に形成され、第１Ｎｉ系めっき層（第１めっき層）１８と、第１Ｎｉ系めっき層１８上に形成されるＣｒ系めっき層（第２めっき層２０）と、Ｃｒ系めっき層２０上に形成される第２Ｎｉ系めっき層（第３めっき層）２２とを含む多層のめっき層を設け、ろう付け工程の前に、３層のめっき層からなる中間部材２３を接合面１２ａ上に設けたＣｕ材１２に熱処理工程を行うことが好ましい。この熱処理により、第１Ｎｉ系めっき層１８とＣｒ系めっき層２０との間及びＣｒ系めっき層２０と第２Ｎｉ系めっき層２２との間に、クロムとニッケルとの合金層であるＮｉ−Ｃｒ合金層２４、２６が形成される。このため、Ｎｉ−Ｃｒ合金層２６がＡｌろう材１６に含まれるアルミニウムと第２Ｎｉ系めっき層２２に含まれるニッケルの拡散を抑制するバリア層となるため、Ａｌろう材１６とＣｕ材１２との直接的な接触がより確実に抑えられ、Ａｌ−Ｃｕ共晶の発生が防止され、Ｃｕ材１２やＡｌ材１４の母材食われを一層確実に防止することができる。なお、最下層に設けられる第１Ｎｉ系めっき層１８は、上記したようにＣｕ材１２上のＣｒ系めっき層２０の密着性維持のためのものであり、接合部材１０の用途等によっては省略することもできる。
【００２８】
この際、前記熱処理工程は、不活性ガス又は還元雰囲気中で２４０℃以上の温度で３分以上の熱処理を行うことで、Ｎｉ−Ｃｒ合金層２４、２６を確実に形成することができる。
【００２９】
中間部材２３は、クロム（Ｃｒ：Ｃｒ系めっき層２０）の代わりに又はクロムと共に、チタン（Ｔｉ：Ｔｉ系めっき層）、タングステン（Ｗ：Ｗ系めっき層）及びモリブデン（Ｍｏ：Ｍｏ系めっき層）のうちの少なくとも１種類を含む構成としても、これら各材料とニッケルとの間で合金層が形成されるため、Ｃｕ材１２とＡｌろう材１６との間のバリア層としての機能を得ることができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  接合部材
１２  Ｃｕ材
１２ａ、１４ａ  接合面
１４  Ａｌ材
１６  Ａｌろう材
１８  第１Ｎｉ系めっき層
２０  Ｃｒ系めっき層
２２  第２Ｎｉ系めっき層
２３  中間部材
２４、２６  Ｎｉ−Ｃｒ合金層
２８  Ａｌ−Ｎｉ合金層
【図１】
0005958051.tif 000002