(57)【要約】【課題】  マイクロマシンや精密電子機器を構成するマイクロ部品の接合に好適なろう接方法を提供する。【解決手段】  複数の接合部材のろう接方法において、前記複数の接合部材の各々の接合端面に、ろう接用の金属層を形成する金属層形成工程（ステップＳ２）と、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを、所定の押圧力で突き当てる突き当て工程（ステップＳ４）と、前記金属層を通電加熱することにより、前記金属層どうしの接触面を全面にわたって電気的な接触状態にするための第一の通電工程（ステップＳ６）と、この第一の通電工程の後に、前記金属層の各々を通電加熱によって溶融させ、前記接合部材を接合するための第二の通電工程（ステップＳ７）とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接合部材のろう接方法において、
前記複数の接合部材の各々の接合端面に、ろう接用の金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層が形成された前記接合端面どうしを、所定の押圧力で突き当てる突き当て工程と、
前記金属層を通電加熱することにより、前記金属層どうしの接触面を全面にわたって電気的な接触状態にするための第一の通電工程と、
この第一の通電工程の後に、前記金属層の各々を通電加熱によって溶融させ、前記接合部材を接合するための第二の通電工程と、
を有することを特徴とする接合部材のろう接方法。
【請求項２】
複数の接合部材のろう接方法において、
前記複数の接合部材の接合端面のそれぞれに、異なる種類の金属からなるろう接用の金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層が形成された前記接合端面どうしを、所定の押圧力により突き当てる突き当て工程と、
前記金属層の各々を通電加熱によって溶融させて前記接合部材を接合するための通電工程と、
を有することを特徴とする接合部材のろう接方法。
【請求項３】
前記金属層の層厚を、接合部材ごとに異ならせたことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合部材のろう接方法。
【請求項４】
前記金属層を、蒸着法、スパッタリング法及びメッキ法のいずれかで形成す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のろう接方法。
【請求項５】
前記第一の通電工程では、通電加熱により、各前記接合部材の接合端面に形成した金属層のうち、前記金属層の少なくとも一方の表面を溶融又は半溶融状態にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の接合部材のろう接方法。
【請求項６】
前記第二の通電工程では、各前記接合部材に形成された金属層を構成する金属が互いに均質に混ざり合うように、溶融状態を一定時間保持させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の接合部材のろう接方法。
【請求項７】
第一の通電工程で得られた通電特性に基づき、前記第二の通電工程で前記金属層に通す電流量を決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の接合部材のろう接方法。
【請求項８】
複数の接合部材をろう接するろう接装置において、
ろう接用の金属層を接合端面に形成した前記接合部材を保持する保持手段と、
この保持手段に保持された複数の前記接合部材を、相対的に移動させて前記接合端面の位置決めを行うとともに、位置決めされた複数の前記接合部材を互いに接近させて、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを当接させる位置決め手段と、
当接された前記接合部材どうしに所定の押圧力を付与する押圧手段と、
前記金属層を第一の通電条件によって通電加熱し、前記金属層どうしの接触面を全面にわたって電気的な接触状態にした後に、前記金属層を第二の通電条件によって通電加熱し、前記金属層を溶融させて前記接合部材を接合させるための通電制御手段と、
を有することを特徴とする接合部材のろう接装置。
【請求項９】
複数の接合部材をろう接するろう接装置において、
異種金属からなるろう接用の金属層を接合端面に形成した複数の前記接合部材をそれぞれ保持する保持手段と、
この保持手段に保持された複数の前記接合部材を、相対的に移動させて前記接合端面の位置決めを行うとともに、位置決めされた複数の前記接合部材を互いに接近させて、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを当接させる位置決め手段と、
当接された前記接合部材どうしに所定の押圧力を付与する押圧手段と、
前記金属層を通電加熱して前記接合部材をろう接させるための通電制御手段と、
を有することを特徴とする接合部材のろう接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同種又は異種の材料からなる接合部材を、接合端面に介在させたろう接用金属を溶融することによって接合するろう接方法及びろう接装置に関し、特にマイクロマシンの組み立てや精密電子機器の組み立ての際におけるいわゆるマイクロ部品の接合に好適な接合部材のろう接方法及びろう接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、マイクロマシンや精密電子機器等の製造においては、ｍｍオーダーからμｍオーダーのマイクロ部品を接合して組み立てる技術が必要不可欠である。このようなマイクロ部品の接合技術としては、真空雰囲気中でのハンダ付けによる方法や、高真空中で接合面の酸化皮膜をイオン・ビームにより除去して清浄面を形成し、その後高真空中で加圧して接合する方法等が知られている。
【０００３】
しかし、前者は、真空雰囲気中で行うことから生産性が低く、接合強度も高くないという欠点がある。また、後者は、接合部の寸法精度は高いものの、装置コストが高く、生産性が低いという問題がある。さらに、加圧接合時の接合面の再酸化による接合強度の低下や接合強度のバラツキが生じやすいという問題もある。
そのため、従来からこのようなマイクロ部品の接合技術において、様々な改良案が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７７３号公報
【特許文献２】特開平１１−３００４７５号公報
【特許文献３】特開２００１−６８５００号公報
【特許文献４】特開２００４−１７０６３号公報
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、薄膜形成技術であるＣＶＤ法を利用し、接合部分に金属を堆積させて接合金属の接合を行う方法で、点接合から三次元的接合まで、接合所望個所の状況に応じて自在に接合することを目的とするものである。特許文献２に記載の技術は、溶接箇所に通電して接触抵抗による発熱で溶接を行うマイクロ抵抗溶接方法に関するもので、エレクトロニックス部品の接合における高能率化と高信頼性化を図ろうとするものである。
【０００５】
特許文献３に記載の技術は、電極と接合金属との間で短絡放電を生じさせてワイヤ先端に溶融状態のボールを形成することで、ＩＣ，ＬＳＩ，トランジスタ等の電子部品の組み立て工程における高性能、高密度、低コストボンデイングを目的とするものである。特許文献４に記載の技術は、互いに接合する金属細線と金属箔の間に、ロジンを含むフラックスを介在させて接合する方法で、被接合材料の溶解、溶断や外観不良がなく、低コストな溶接方法の提供を目的としている。
このように、マイクロ部品の接合技術の分野においては、接合品質の向上やコストの低廉化を目的として種々の提案がなされているが、今後のマイクロ技術の発展と拡大に伴い、さらなる改良が望まれている。
【０００６】
さらに、上記した接合方法の他に、ろう材を接合金属間に挿入して通電加熱し、前記ろう材を溶融させることで接合を行うろう接方法が知られている。ろう接方法は、熱影響をきらう電子部品の組立や、熱・加圧力によるひずみをきらう精密部品の組立等に好適とされている。
一方において、ろう接方法は、接合金属間にろう接材を挿入する必要があることから、接合金属どうしや接合金属とろう接材との位置決めが重要になる。近年では、ろう接材による金属層を予め接合金属にメッキ等により形成しておき、前記金属層に通電してろう接材を溶融させ、接合する技術が提案されている（例えば、特許文献５，６参照）。
【特許文献５】特開２００１−１１３３号公報
【特許文献６】特開２００２−３４６７３７号公報
【０００７】
上記特許文献５，６に記載のろう接方法は、ろう接材を挿入しなくてもよいため作業性が向上する。しかし、一般的にろう接方法では、接合金属を熱劣化させたり熱変形をさせたりしないように、接合金属よりも十分に融点の低いろう材、つまり、接合金属よりも軟質の材料を選択する必要があるため、高い接合強度を得るには十分な接合面積が必要となる。そのため、このような広い接合面積を確保することが困難なマイクロ部品の接合においてろう接方法を適用する場合は、寸法精度や構造的な強度よりも、確実な電気的接合を主目的とする場合である。
このように、ろう接方法は構造的な接合強度を必要とされるマイクロ部品の接合には不向きであるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、複数の接合部材の接合、特にマイクロ部品の接合に好適で、接合部材をろう接する際の作業が容易でコストも安いろう接方法及びろう接装置の提供、さらには、電気的，機械的に確実なろう接の接合部を得ることができるとともに、均一で高い接合強度を得ることのできる接合部材のろう接方法及びろう接装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の接合部材のろう接方法において、前記複数の接合部材の各々の接合端面に、ろう接用の金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを、所定の押圧力により突き当てる突き当て工程と、前記金属層を通電加熱することにより、前記金属層どうしの接触面を全面にわたって電気的な接触状態にするための第一の通電工程と、この第一の通電工程の後に、前記金属層の各々を通電加熱によって溶融させ、前記接合部材を接合するための第二の通電工程とを有する方法である。
この方法によれば、第一の通電工程及び第二の通電工程の複数段通電により、電気的，機械的に確実なろう接接合部を得ることができ、均一で高い接合強度を得ることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、複数の接合部材のろう接方法において、前記複数の接合部材の接合端面のそれぞれに、異なる種類の金属からなるろう接用の金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを、所定の押圧力により突き当てる突き当て工程と、前記金属層の各々を通電加熱によって溶融させて前記接合部材を接合するための通電工程とを有する方法としてある。
この方法によれば、異なる種類の金属によってろう接接合部に合金が形成され、より強固なろう接接合を得ることができる。なお、前記した通電工程においては、請求項１に記載するように、複数段通電を行ってもよい。
前記金属層の層厚は、請求項３に記載するように、接合部材ごとに異ならせてもよい。また、前記金属層は、請求項４に記載するように、蒸着法、スパッタリング法及びメッキ法のいずれかで形成することができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記第一の通電工程では、通電加熱により、各前記接合部材の接合端面に形成した金属層のうち、前記金属層の少なくとも一方の表面を溶融又は半溶融状態にする方法としてある。
通常、メッキ等によって形成された金属層の表面には凹凸があるため、電気的接触状態が局所的かつ不均一になり、通電を行うたびに金属層を流れる電流量がばらつくことになる。このようなばらつきは、接合強度のばらつきの原因になるほか、接合部材を熱変形させたり、変質させる原因にもなる。
【００１２】
そこで、請求項５に記載するように、第一の通電工程で金属層の表面を溶融又は半溶融状態とすることにより、金属層の接触面の全体にわたって均一な電気的接触状態を形成することができる。なお、表面を溶融又は半溶融状態にするのは、各接合部材に形成された複数の金属層のうちの全部であってもよいが、その一部だけであってもよい。例えば、二つの接合部材をろう接する際には、一方の接合部材の接合端面に形成された金属層の表面のみを溶融又は半溶融状態にしてもよい。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記第二の通電工程では、各前記接合部材に形成された金属層を構成する金属が互いに均質に混ざり合うように、溶融状態を一定時間保持させる方法としてある。
この方法によれば、金属層の全体が均質に混ざり合って強固な接合部を得ることができる。
請求項７に記載の発明は、第一の通電工程で得られた通電特性に基づき、前記第二の通電工程で前記金属層に通す電流量を決定する方法としてある。
例えば、第一の通電工程で金属層の抵抗値（通電特性）が一定になれば、この抵抗値に基づいて第二の通電工程で流すべき電流量を予測することが可能になる。
【００１４】
上記の方法は、請求項８又は請求項９に記載のろう接装置によって実施が可能である。
請求項８に記載のろう接装置は、複数の接合部材をろう接するろう接装置において、ろう接用の金属層を接合端面に形成した前記接合部材を保持する保持手段と、この保持手段に保持された複数の前記接合部材を、相対的に移動させて前記接合端面の位置決めを行うとともに、位置決めされた複数の前記接合部材を互いに接近させて、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを当接させる位置決め手段と、当接された前記接合部材どうしに所定の押圧力を付与する押圧手段と、前記金属層を第一の通電条件によって通電加熱し、前記金属層どうしの接触面を全面にわたって電気的な接触状態にした後に、前記金属層を第二の通電条件によって通電加熱し、前記金属層を溶融させて前記接合部材を接合させるための通電制御手段とを有する構成としてある。
【００１５】
また、請求項９に記載のろう接装置は、複数の接合部材をろう接するろう接装置において、異種金属からなるろう接用の金属層を接合端面に形成した複数の前記接合部材をそれぞれ保持する保持手段と、この保持手段に保持された複数の前記接合部材を、相対的に移動させて前記接合端面の位置決めを行うとともに、位置決めされた複数の前記接合部材を互いに接近させて、前記金属層が形成された前記接合端面どうしを当接させる位置決め手段と、当接された前記接合部材どうしに所定の押圧力を付与する押圧手段と、前記金属層を通電加熱して前記接合部材をろう接させるための通電制御手段を有する構成としてある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、メッキ等により、予めろう接用の金属層を接合部材の接合端面に形成しているので、ろう接を行う際にろう接金属を接合部材間に挿入する必要が無くなり、作業性が向上する。本発明は、特に、ｍｍオーダー又はμｍオーダーのマイクロ接合部材のろう接を容易かつ低廉なコストで行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、通電加熱を二段階に分け、第一の通電工程で金属層どうしの電気的接触状態を確実かつ均一にしてから、第二の通電工程で金属層を溶融して接合部を形成しているので、強固，均質かつ確実なろう接接合部を得ることができる。
さらに、接合部材ごとに金属層を構成する金属の種類を異ならせ、かつ、各金属層の層厚を得ようとする合金の成分に応じて適切に選択することで、所望の合金からなるろう接接合部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は、本発明のろう接方法の第一の実施形態にかかり、ろう接を行う手順を説明する図、図２は、図１の各ステップに対応する状態を示す図である。なお、以下の説明では、接合部材として金属（接合金属）を例に挙げて説明する
まず、互いに接合する棒状の接合金属１，２の接合端面１ａ，２ａ（以下、「端面１ａ，２ａ」と記載する）を、接合金属１，２の軸線Ｃに対して垂直な平坦面に仕上げる（ステップＳ１，図２（ａ））。この仕上げは、例えば、砥石による研削加工後にバフ研磨による仕上げ加工を施すことで行うことができる。バフ研磨による仕上げ粗さは、端面１ａ，２ａに形成する後述の金属層４，５の層厚よりも十分に小さくする。
【００１９】
また、仕上げ加工後の端面１ａ，２ａは、接合金属１，２の軸線Ｃに対して可能な限り垂直で、かつ、可能な限り平行であるのがよい。
仕上げ後の二つの端面１ａ，２ａが精密に垂直かつ平行でないと、二つの端面１ａ，２ａによってテーパ面が形成され、ろう接後に未接合部が形成されるおそれがある。この未接合部は、接合金属１，２の接合強度を弱めることはもちろん、接合後の接合金属１，２に曲げ応力が作用したときに、接合部６に応力が集中して容易に接合部を破断させる原因になる。
垂直な平坦面の精密仕上げは、例えば図３に示すような治具を利用することで得ることができる。
【００２０】
図３は、端面１ａ，２ａを研磨機等で仕上げる際に接合金属１，２を保持させる治具の一例にかかり、その一部を破断した斜視図である。
治具８は、二つ割りの金型８１，８２と、この二つ割りの金型８１，８２の境界面のそれぞれに形成された接合金属１，２を挿入するための挿入溝９とを有している。金型８１，８２の底面はゲージ面８１ａ，８２ａとして形成されていて、挿入溝９はこのゲージ面８１ａ，８２ａに対して正確な垂直溝として形成されている。そして、ゲージ面８１ａ，８２ａを下にして、治具８を研磨機のテーブル等に載置することで、治具８に保持された接合金属１，２が正確に垂直上下方向を差し向くようになっている。
【００２１】
端面１ａ，２ａの仕上げ加工を行う際には、まず、金型８ａ，８ｂを開いた状態で接合金属１，２を挿入溝９に挿入し、金型８１（又は金型８２）の上端面８１ｂ（又は上端面８２ｂ）と接合金属１，２の端面とがほぼ面一になるように、挿入溝９内で接合金属１，２の位置調整を行う。
そして、金型８１，８２を閉じて、図示しないボルトによって型締めを行い、接合金属１，２を治具８に保持させる。なお、金型８１，８２を閉じる前に、シアノアクリレート等の接着剤を挿入溝９と接合金属１，２との間に塗布しておき、接合金属１，２を金型８１，８２に接着固定するようにするとよい。
この治具８を、研磨機等のテーブルに載置・固定し、治具８の上端面８１ｂ，８２ｂを接合金属１，２とともに研磨する。これにより、接合金属１，２の端面１ａ，２ａを軸線Ｃに対して垂直な平坦面に仕上げることができる。
【００２２】
以上のようにして垂直かつ平坦な端面１ａ，２ａが得られたら、端面１ａ，２ａのそれぞれに、ろう接用の金属で金属層４，５を形成する（ステップＳ２，図２（ｂ））。ろう接用の金属は、接合金属１，２よりも融点の低いものを選択する。例えば、接合金属１，２がステンレス（ＳＵＳ３０４）である場合には、ろう接用の金属として金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を選択することができる。
金属層４，５の層厚ｔは、ろう接後の接合金属１，２の接合強度に密接に関連する。この接合強度を最大にするには、ろう接後における接合部６の層厚が最適になるように、予め金属層４，５の層厚ｔを適切に選択しておくとよい。
【００２３】
この層厚ｔと、金属層４，５に通電することによって形成される接合部６（図２（ｅ）参照）の層厚ｔ′との関係は、金属層４，５に通電する電圧や電流の大きさ、通電時間、金属層４，５を構成する金属の種類、通電時に接合金属１，２に付与する押圧力の大きさ等のろう接の条件によって変化する。そのため、通電前の金属層４，５の層厚ｔと、通電後の接合部６の層厚ｔ′との関係は、実験によって予め決定するとよい。
一例として、接合金属１，２が棒径１００μｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）で、金属層４，５が金（Ａｕ）である場合には、接合部６の層厚ｔ′は１０μｍ程度であるとよく、この場合の層厚ｔは、数μｍ（６〜７μｍ）程度とするとよい。
【００２４】
なお、金属層４，５は、蒸着、スパッタリング、メッキ等の方法によって形成することができるが、金属層４，５の層厚が数μｍオーダー以上になる場合にはメッキ法が好ましく、この中でも特に電解メッキ法が好ましい。
この実施形態においては、図３に示す治具８を利用して、端面１ａ，２ａに金属層４，５を形成することができる。この場合は、端面１ａ，２ａの研磨終了後に、治具８ごと接合金属１，２をメッキ槽に浸して金属層４，５を形成するとよい。なお、治具８に保持させた接合金属１，２のそれぞれに確実な導通を図ることができるように、図３に示すように、金型８１，８２の境界面に導電性の金属ペースト（例えば、銀（Ａｇ）ペースト）を塗布するとよい。
【００２５】
この後、金属層４，５を形成した接合金属１，２をろう接装置にセットする。
図４は、ろう接装置の一例にかかり、その構成を説明する概略図である。
ろう接装置１１は、電源１１１から接合金属１，２に供給する電流量を制御する通電制御部１１２と、接合金属１，２を保持するためのホルダ１１４，１１６を備えて対向配置された一対のテーブル１１３，１１５と、接合金属１，２に供給される電流量を検出する電流検出器１１８と、接合金属１，２のろう接部分に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給ノズル１１９とを備えている。
【００２６】
一方のテーブル１１３は、Ｘ方向（紙面の左右方向、以下「左方向」又は「右方向」と記載することがある）に進退移動が自在である。テーブル１１３の進退移動経路上にはストッパ１１３ａが設けられていて、テーブル１１３の右方向の移動を規制している。そして、テーブル１１３は、押圧手段としてのばね１１７により、常時ストッパ１１３ａに押し付けられている。
ばね１１７による押圧力は、突き当てられた接合金属１，２を撓ませることなく、かつ、金属層４，５に通電して接合部６を形成する際に、当該接合部６の周囲に溶融したろう接用の金属が必要以上に漏出しない程度のものとするのが好ましい。この押圧力は、接合金属１，２を構成する金属の種類や径、金属層４，５の種類等によっても異なるが、一例として、棒径１００μｍのステンレスで、金（Ａｕ）からなる金属層４，５を形成した場合には、２０ｇｆ〜２５ｇｆ程度のものを選択するとよい。
なお、接合金属１，２に対して所定の押圧力を付与できるものであれば、押圧手段はばね１１７に限らず、シリンダやゴム等であってもよい。
【００２７】
他方のテーブル１１５は、Ｘ方向及びこれに直交するＹ方向に移動自在である。他方のテーブル１１５をＸ−Ｙ平面内で移動させるための機構として、例えば精密ボールねじ等を利用して、テーブル１１３のホルダ１１４に保持された接合金属１に対して、ホルダ１１６に保持された接合金属２の位置を微調整することができるようにするとよい。また、特に図示はしないが、Ｘ方向及びＹ方向だけでなく、これらに直交するＺ方向にも接合金属２の微調整を行うことができるように構成することで、ホルダ１１６に保持された接合金属２を、ホルダ１１４に保持された接合金属１に対して三次元的に、精密に位置調整をすることが可能になる。
【００２８】
ホルダ１１４に保持された接合金属１は通電制御部１１２の正極側と導線１１２ａによって電気的に接続され、ホルダ１１６に保持された接合金属２は通電制御部１１２の負極側と導線１１２ｂによって電気的に接続されている。接合金属１，２を流れる電流量を検出するホール電流検出器等の電流検出器１１８は、導線１１２ｂの途中に設けられていて、この電流検出器１１８によって検出された電流量が、通電制御部１１２に送信されるようになっている。通電制御部１１２は、この通電検出器１１８の検出結果に基づき、接合金属１，２に供給する電流量及び通電波形の監視と制御を行う。
【００２９】
上記のろう接装置１１のホルダ１１４，１１６に、金属層４，５を対向させた状態で接合金属１，２を保持させ、テーブル１１５をＸ，Ｙ方向（及びＺ方向）に移動させて、接合金属１，２を同一の軸線Ｃ上に位置決めする（ステップＳ３）。そして、テーブル１１５を左方向に移動させて、接合金属２の金属層５を接合金属１の金属層４に当接させる（ステップＳ４，図２（ｃ））。
この後、ばね１１７による押圧力に抗してテーブル１１３が左方向に移動を開始し、ストッパ１１３ａから離間するまで、テーブル１１５を左方向に移動させる。このとき、突き当てられた接合金属１，２に作用する押圧力は、ばね１１７によって予め設定された押圧力となる。
【００３０】
この後、金属層４，５に対して通電を行うが、金属層が銅（Ｃｕ）のように易酸化性の金属で構成されている場合は、通電に先立ち、アルゴン（Ａｒ）ガスや炭酸ガス等の不活性ガスを、不活性ガス供給ノズル１１９から接合金属１，２のろう接部分に供給し、金属層４，５の周囲に不活性ガス雰囲気を形成するとよい（ステップＳ５）。
【００３１】
金属層４，５の表面４ａ，５ａは、精密な平坦面ではなく、接合金１，２の端面の仕上げ精度（凹凸）や、金属層４，５を構成する金属の析出等によって、凹凸ができる。図２（ｂ）（ｃ）では、説明の便宜のためにこの凹凸を誇張して表示しているが、例えば、棒径１００μｍのステンレスの端面にメッキ法により層厚約６μｍの金（Ａｕ）の金属層を形成すると、その表面には、ステンレスの端面の仕上げ粗さを含めて、数μｍの高低差を有する凹凸ができる。これは、金属層４，５の層厚が、一般的な装飾用のメッキに比べて数倍〜数十倍も大きいため、金属析出の偏りが局所的に増幅して現れるためと推測できる。
【００３２】
従って、この状態で接合金属１，２の金属層４，５を突き当てると、図２（ｃ）に示すように、金属層４，５が局所的かつ不均一な点接触状態になり、接合金属１，２ごとに金属層４，５を流れる電流値が変化して、ろう接の条件がばらつくことになる。また、これに伴って、接合部６の接合強度にばらつきが生じたり、接合金属１，２に熱変形や変質が生じるおそれがある。
そこで、この発明では、通電を二段階に分けて行い、第一段階の通電によって局所的かつ不均一な点接触状態を均一な面接触状態にし、この均一な面接触状態の下で第二段目の通電を行うことで、金属層４，５を溶融させて接合部６を形成するようにしている（ステップＳ６，Ｓ７及び図２（ｃ）（ｄ））。
【００３３】
第一段目の通電（ステップＳ６，図２（ｃ））では、凹凸のある金属層４，５の表面４ａ，５ａを溶融状態又は半溶融状態にして、表面４ａ，５ａのほぼ全面を互いに密着させ、これにより全面にわたって電気的接触状態が形成されるようにする。
また、第二段目の通電（ステップＳ７，図２（ｄ））では、金属層４，５のほぼ全体を溶融状態にして、接合部６が形成されるようにする（図２（ｅ））。
【００３４】
図５（ａ）は、この実施形態における第一段目の通電の際の通電波形を示すグラフ、図５（ｂ）は、第一段目の通電による抵抗値の変化を示すグラフである。
図５（ａ）に示すように、第一段目の通電は、通電開始（時間０）から時間Ｔ１までに、電流値を０から金属層４，５の表面４ａ，５ａを溶融状態又は半溶融状態にする電流値Ｉｐ１まで立ち上げ、直ちに時間Ｔ２までに電流値を０にする略三角形状の通電波形としている。
図５（ｂ）に示すように、通電開始後、金属層４，５における抵抗値は一時的に上昇するが、これは通電初期において、金属層４，５表面の比較的大きな凸部が発熱、融解したためであると考えられる。その後、抵抗値はほぼ安定状態になるが、これは金属層４，５の表面が均一な電気的接触状態になったためと考えられる。
【００３５】
図６（ａ）は、この実施形態における第二段目の通電の際の通電波形を示すグラフ、図６（ｂ）は、第二段目の通電による抵抗値の変化を示すグラフである。
図６（ａ）に示すように、第二段目の通電は、通電開始（時間０）から時間Ｔ３までに、電流値を金属層４，５の全体の溶融に必要なＩｐ２（Ｉｐ２＞Ｉｐ１）まで立ち上げ、その後時間Ｔ３〜Ｔ４の間、この電流値Ｉｐ２を維持して、時間Ｔ４〜Ｔ５までの間に、電流値を０にする略台形状の通電波形としている
図６（ｂ）に、第二段目の通電における通電開始から通電終了までの抵抗値の変化グラフを示すが、抵抗値は直線的に緩やかに増加していることがわかる。これは、第一段目の通電により金属層４，５の表面がほぼ全面で電気的接触状態になっているため、第二段目の通電時には急激な抵抗値の変化をもたらすような急激な断面積変化が起こらず、金属層４，５の加熱溶融よる緩やかな抵抗値上昇のみが生じたためと考えられる。
【００３６】
上記した時間Ｔ１〜Ｔ５及び電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２の最適値は、接合金属１，２の種類，径及び長さ，金属層４，５の層厚，金属層４，５を形成する金属の種類，接合金属１，２の端面１ａ，２ａの仕上げ精度及び金属層４，５の表面４，５の凹凸の程度等の各条件に応じて、実験等によって求めることができる。
なお、第二段階の電流値Ｉｐ２は、第一段階で得られた通電特性から予測・決定することができる。すなわち、図５（ｂ）の抵抗値グラフと図６（ｂ）の抵抗値グラフを比較するとわかるように、図５（ｂ）においてほぼ安定状態になったときの抵抗値は、図６（ｂ）における通電初期の抵抗値にほぼ等しい。このことは、第一段階の通電結果による抵抗値から、第二段階における電圧値や電流値Ｉｐ２を決定できることを意味している。
【００３７】
［第二の実施形態］
本発明のろう接方法においては、接合部６（図２（ｅ）参照）を構成する金属を、複数の金属からなる合金とすることも可能である。この場合は、接合金属１に形成する金属層４と、接合金属２に形成する金属層５とで、金属の種類を異ならせればよい。
以下、合金からなる接合部６を形成するための本発明の第二の実施形態を、図７を参照しながら説明する。
【００３８】
図７は、本発明の第二の実施形態にかかり、接合金属の端面に異なる種類の金属からなる金属層を形成した状態を示す図である。
図７に示すように、一方の接合金属１の端面１ａに、一の金属（例えば金（Ａｕ））からなる金属層４を形成し、他方の接合金属２の端面２ａに、異なる種類の他の金属（例えば銅（Ｃｕ））からなる金属層５を形成する。そして、これら金属層４，５に通電を行って溶融させ、前記一の金属と他の金属との合金（例えばＡｕ−Ｃｕ合金）からなる接合部６を形成する。
【００３９】
この場合の金属層４及び金属層５の層厚ｔ４，ｔ５は、金属層４を構成する前記一の金属及び金属層５を構成する前記他の金属の合金が晶出する際の質量比によって決定することができる。
例えば、一の金属が金（Ａｕ）で他の金属が銅（Ｃｕ）の場合には、合金が晶出する際の質量比は８０：２０であるから、この質量比に応じた層厚ｔ４，ｔ５を選択する。
【００４０】
この実施形態においても、接合金属１，２の端面１ａ，２ａの仕上げ加工、金属層４，５の形成、接合金属１，２の位置決め、突き当て，押圧力の付与及び不活性ガスの供給は、先の実施形態の同じである。
また、通電加熱も、先の実施形態と同様に、第一段目の通電を行った後に第二段目の通電を行うようにしてもよいし、通常のろう接と同様に、一回の通電でろう接を行うようにしてもよい。
また、この実施形態においても、端面１ａ，２ａの仕上げ加工及び金属層４，５の形成は、図３に示す治具８を用いて行うことができ、ろう接は、図４に示すろう接装置１１を用いて行うことができる。
【００４１】
［実施例］
本発明のろう接方法を利用した具体的な実施例を、図８を参照しながら説明する。
この実施例では、上記の第二の実施形態で説明したように、接合金属の端面に異なる種類の金属からなる金属層を形成している。
接合金属１，２としては、直径１００μｍ，長さ２０ｍｍの丸棒状のステンレス（ＳＵＳ３０４）を二本準備し、これらのステンレス棒をろう接するための金属として、金（Ａｕ）と銅（Ｃｕ）を選択した。
まず、各ステンレス棒の端面を砥石研磨した後、エメリー紙でバフ仕上げ研磨を行った。仕上げ粗さは、１μｍ以下とした。この端面仕上げは、図３に示す治具８を使って行った。
【００４２】
一方のステンレス棒の端面に、金（Ａｕ）からなる金メッキ層を形成し、他方のステンレス棒の端面に銅（Ｃｕ）からなる銅メッキ層を形成した。この金メッキ層及び銅メッキ層は、それぞれ、図３に示す治具８を使って電解メッキ法により形成した。層厚は、金メッキ層を６．５μｍ、銅メッキ層を３．５μｍとした。この層厚の違いは、合金が晶出する際の金（Ａｕ）と銅（Ｃｕ）の質量比８０：２０に基づくものである。
【００４３】
この後、ステンレス棒を図４に示すろう接装置１１にセットし、ばね１１７による２２ｇｆの押圧力で、金メッキ層及び銅メッキ層を形成した二つのステンレス棒の端面どうしを突き合わせ、第一段階の通電を行った。なお、通電の際の不活性ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガスを使用し、３．５Ｌ／minでろう接接合を行う部分に供給した。
図８（ａ）に、この実施例における第一段目の通電波形を示す。
この第一段目の通電は、通電開始後３ｍｓで電流値を約６Ａまで立ち上げ、その後の３ｍｓで０Ａにする三角波形とした。
なお、先に図５（ｂ）を参照しながら説明したように、通電開始から通電終了までの間に金属層の抵抗値が変化するが、この抵抗値の変化に追随させて印加電圧の大きさを変化させることで、図８（ａ）に示すような三角形状の通電波形を得た。
【００４４】
第一段目の通電の後、接合部形成のための第二段目の通電を行った。
図８（ｂ）に、この実施例における第二段目の通電波形を示す。
この第二段目の通電は、通電開始後３ｍｓで電流値を約９．５Ａまで立ち上げ、この電流値を約５秒間継続した。そして、その後、０．５ｍｓで電流値を急速に０にした。
この場合も、抵抗値の変化に追随させて印加電圧の大きさを変化させることで、図８（ｂ）に示すような台形状の通電波形を得た。
この実施形態で得られた接合部６のＡｕ−Ｃｕ合金は、金（Ａｕ）と銅（Ｃｕ）が均質に混じり合った良好なものであった。
【００４５】
本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、二つの接合金属１，２を突き合わせてろう接するものとして説明したが、本発明の方法は三つ以上の接合金属をろう接する場合にも適用が可能である。
【００４６】
また、上記の実施形態及び実施例では、第一段目の通電波形として三角形状のものを、第二の通電波形として台形状のものを例に挙げているが、通電波形は必ずしもこのような波形に拘泥されるものではなく、第一段目の通電後の金属層４，５の電気的接触状態や、第二段目の通電によって形成される接合部６の状態等に応じて、最適なものを選択するとよい。
さらに、通電回数は第一段目及び第二段目のそれぞれにおいて一回としているが、金属層４，５の電気的接触状態や接合部６の状態等に応じて、通電波形や電流値を変えて複数回行ってもよい。
【００４７】
また、上記の説明において接合部材１，２に形成される金属層４，５は、それぞれ一種類の金属からなる一層の金属層であるが、異なる種類の金属からなる複数層の金属層としてもよい。例えば、一方の接合金属１に形成する金属層４を、金（Ａｕ）とパラジウム（Ｐｄ）とから構成し、他方の接合金属２に形成する金属層５を、銅（Ｃｕ）とパラジウム（Ｐｄ）とから構成するようにしてもよい。このようにすることで、接合部６を三種以上の金属からなる合金から形成することができ、さらにろう接による接合強度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の方法は、複数の接合部材のろう接に好適で、特に、マイクロマシンの組み立てや精密電子部品の組み立て等のように、ｍｍオーダーやミクロンオーダーのマイクロ部品の接合に好適である。また、棒状の接合部材どうしの接合に限らず、棒状の接合部材と円板状の接合部材との接合や、棒状の接合部材と球状の接合部材との接合など、あらゆる形状の接合部材の接合に適用が可能である。
さらに、本発明は、ろう接が可能であれば金属に限らずあらゆる接合部材に適用が可能で、例えば、導電性セラミックや導電性金属をコーティングしたセラミック等のろう接にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のろう接方法の第一の実施形態にかかり、ろう接の手順を説明する図である。
【図２】図１の各ステップに対応する状態を示す図である。
【図３】端面を研磨機等で仕上げる際に接合金属を保持させる治具の一例にかかり、その一部を破断した斜視図である。
【図４】ろう接装置の一例にかかり、その構成を説明する概略図である。
【図５】図５（ａ）は、第一の実施形態における第一段目の通電の際の通電波形を示すグラフ、図５（ｂ）は、第一段目の通電による抵抗値の変化を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、第二の実施形態における第一段目の通電の際の通電波形を示すグラフ、図６（ｂ）は、第二段目の通電による抵抗値の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第二の実施形態にかかり、接合金属の端面に異なる種類の金属からなる金属層を形成した状態を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、実施例における第一段目の通電波形を示すグラフ、図８（ｂ）は、実施例における第二段目の通電波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１，２  接合金属
１ａ，２ａ  端面（接合端面）
４，５  金属層
４ａ，５ａ  表面
６  接合部
８  治具
８１，８２  金型
９  挿入溝
１０  導電性ペースト
１１  ろう接装置
１１１  電源
１１２  通電制御部（通電制御手段）
１１３，１１５  テーブル（位置決め手段）
１１４，１１６  ホルダ（保持手段）
１１７  ばね（押圧手段）
１１８  電流検出器
【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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