(57)【要約】【課題】アルミニウム材同士、またはアルミニウム材と異種材とを接合した、接合強度と信頼性に優れた接合体を得ること。【解決手段】アルミニウム材からなる第1の金属部材と、アルミニウム材または異種金属材からなる第2の金属部材と、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを接続する接続部とを含み、前記接続部は、前記第1の金属部材の表面上に形成され、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層と、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなる接合層とを含み、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とする接合体。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材からなる第1の金属部材と、アルミニウム材または異種金属材からなる第2の金属部材と、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを接続する接続部とを含み、前記接続部は、前記第1の金属部材の表面上に形成され、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層と、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなる接合層とを含み、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とする接合体。
【請求項２】
前記Sn系ハンダが、前記第2の金属元素としてCuおよびCoを含むことを特徴とする請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記Sn系ハンダが、前記第2の金属元素としてTiをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の接合体。
【請求項４】
前記Sn系ハンダが、前記第2の金属元素としてAgをさらに含み、前記第1の金属元素がZn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群より選択されることを特徴とする請求項３に記載の接合体。
【請求項５】
前記Sn系ハンダが、前記第2の金属元素としてInをさらに含み、前記第1の金属元素がAu、PdおよびSnからなる群より選択されることを特徴とする請求項４に記載の接合体。
【請求項６】
前記Sn系ハンダが、前記第2の金属元素としてBiをさらに含み、前記第1の金属元素がPdおよびSnからなる群より選択されることを特徴とする請求項４に記載の接合体。
【請求項７】
前記金属層が、2層以上の積層構造を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の接合体。
【請求項８】
前記第2の金属部材がアルミニウム材からなり、前記第2の金属部材の表面に前記金属層を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合体。
【請求項９】
前記金属層を形成した第1の金属部材に熱処理を施したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の接合体。
【請求項１０】
前記金属層を形成した第2の金属部材に熱処理を施したことを特徴とする請求項８または９に記載の接合体。
【請求項１１】
前記金属層が0.1μm以上、100μm以下の厚さを持ち、前記金属層は1つの層で構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合体。
【請求項１２】
前記金属層が0.1μm以上、500μm以下の厚さを持ち、前記金属層は複数の層で構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合体。
【請求項１３】
前記金属層が無電解めっき、電気めっき、物理的蒸着または化学的蒸着により形成されることを特微とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の接合体。
【請求項１４】
アルミニウム材からなる第1の金属部材の表面にCu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層を形成する工程と、
前記金属層が形成された第1の金属部材と、アルミニウム材または異種材を含む第2の金属部材とを、接合層を介して接合する工程と
を含み、前記接合層は、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなり、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とすることを特徴とする接合方法。
【請求項１５】
複数の素電池と、前記複数の素電池を連結するアルミニウム材からなるバスバーと、制御基板とを含み、前記バスバーと前記制御基板が接続部を介して接続されている電池パックであって、前記接続部は、前記バスバーの表面上に形成され、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層と、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなる接合層とを含み、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とすることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム材同士またはアルミニウム材と異種材との接合体、その接合体の製造方法および電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属アルミニウムは空気中で容易に酸化されるため、通常、アルミニウム材の表面は主にアルミナからなる強固な酸化被膜で覆われている。そのため、アルミニウム材同士、若しくは、アルミニウム材と異種金属部材とを接合する際、このような酸化被膜が接合界面における金属元素の拡散を阻止し、十分な接合強度が得られない。
【０００３】
アルミニウム材をハンダ接合する際にフラックスを使用する場合であっても、既存のフラックスでは先述の酸化被膜を十分に除去することができず、高い接合強度と信頼性を得ることが困難である。
【０００４】
そこで、アルミニウム材を溶融したハンダ浴に浸漬させ、機械的な振動などでアルミニウムの酸化被膜を破壊しながら溶融したハンダとの液相反応によってアルミニウム材の表面にハンダ層を形成して接合する方法が提案されている(特許文献１)。しかし、この方法ではアルミニウム材の一部が溶融し、実用上、アルミニウム材の寸法に狂いを生じる問題がある。また、溶融したアルミニウムがハンダ層へ大量に拡散することによって、アルミニウムとハンダ層中の金属元素との間で粗大な金属間化合物を生じ、接合強度を低下させる。さらに、このような方法を連続的に行うと、経時的にハンダ浴中のアルミニウムの濃度が上昇するため、均一な品質を持った製品を得ることが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平8-1322号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アルミニウム材同士、またはアルミニウム材と異種金属部材とをハンダ接合する際に、良好な接合強度を持ち、かつ信頼性に優れた接合体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】
【０００７】
上記目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明者らは、アルミニウム材の表面に、アルミニウムと固溶体または金属間化合物を形成し得る金属元素で構成された金属層を形成し、この金属層に含まれる金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る金属元素を含むSn系ハンダを用いて、アルミニウム材同士、またはアルミニウム材と異種材をハンダ接合することにより、良好な接合強度を持った接合体が得られることを見出した。
【０００８】
すなわち本発明の一つの側面によれば、アルミニウム材からなる第1の金属部材と、アルミニウム材または異種金属材からなる第2の金属部材と、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを接続する接続部とを含み、前記接続部は、前記第1の金属部材の表面上に形成され、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層と、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなる接合層とを含み、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とする接合体が提供される。
【０００９】
本発明の一つの側面によれば、アルミニウム材からなる第1の金属部材の表面にCu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層を形成する工程と、前記金属層が形成された第1の金属部材と、アルミニウム材または異種材からなる第2の金属部材とを、接合層を介して接合する工程とを含み、前記接合層は、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなり、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とすることを特徴とする接合方法が提供される。
【００１０】
本発明の一つの側面によれば、複数の素電池と、前記複数の素電池を連結するアルミニウム材からなるバスバーと、制御基板とを含み、前記バスバーと前記制御基板が接続部を介して接続されている電池パックであって、前記接続部は、前記バスバーの表面上に形成され、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種の第1の金属元素からなる金属層と、前記金属層上に形成され、前記少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の金属元素を含有するSn系ハンダからなる接合層とを含み、前記第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiからなる群より選択されることを特徴とすることを特徴とする電池パックが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接合強度と信頼性に優れた接合体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一つの態様による接合体を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一つの態様による接合体を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一つの態様による電池パックを示す分解斜視図である。
【図４】図４は、図３の部分拡大図である。
【図５】図５は、図３の電池パックを上方から視た平面図である。
【図６】図６は、図３の電池パックの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の接合体は、アルミニウム材からなる第1の金属部材とアルミニウム材または異種金属部材からなる第2の部材とが特定の接続部を介して接続されたものである。
【００１４】
第1の金属部材は、アルミニウム材で構成される。アルミニウム材は、微量の添加元素を含み得るが実質的にアルミニウムで構成されるものであって、いわゆる純アルミニウムと称され、例えば1050アルミニウム、1080アルミニウム、1100アルミニウムなどが挙げられる。
【００１５】
第2の金属部材は、上記第1の金属部材と同様のアルミニウム材または異種金属部材で構成される、異種金属部材は、純アルミニウム以外の(異種)金属材料で形成される。異種金属材料にはアルミニウム合金やFe、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnならびにそれら2種以上の合金からなる群より選択され得る。第2の金属部材は、好ましくは無酸素銅、またはアルミニウム材などである。
【００１６】
第1の金属部材と第2の金属部材を接続する接続部は、第1の金属部材の表面に(直接)形成された金属層を備える。金属層は、Cu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、PdおよびSnからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の第1の金属元素からなる。これら第1の金属元素は、いずれも、第1の金属部材を構成するアルミニウムと固溶体または金属間化合物を形成し得るものである。金属層は、単層であっても、2層以上の積層であってもよい。金属層の厚さに特に制限はないが、0.1〜500μmであることが好ましい。金属層の厚さが0.1μm未満であると、効果が不十分であるおそれがあり、また、500μmを超える厚さは不経済である。特に金属層が単層である場合、0.1〜100μmの厚さが好ましく、1μm〜10μmの厚さがより好ましい。金属層は、第1の金属部材の第2の金属部材との対向表面領域のみに形成してもよいし、さらに他の表面に形成してもよい。例えば、金属層は、第1の金属部材の全表面に形成することができる。
【００１７】
金属層は、無電解メッキ、電気メッキ、物理的気相体積(PVD)(蒸着)、化学気相体積(CVD)などの方法により形成することができる。
【００１８】
加えて、接続部は、金属層の上に形成されたSn系ハンダの層をさらに備える。Sn系ハンダは、少なくとも1種の第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る少なくとも1種の第2の元素を含む。この第2の金属元素は、Cu、Ag、In、Bi、CoおよびTiおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される。また、第2の金属元素は、金属層に含まれる第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る量で配合される。Sn系ハンダからなる接合層の厚さに特に制限はないが、50〜200μmであることが好ましい。
【００１９】
上述のように、金属層は、2層以上の多層構造を取り得るが、その場合、第1の金属部材(アルミニウム材)と接する層は、第１の金属元素の中でも、アルミニウムと固溶体または金属間化合物をより一層形成しやすい金属元素、例えば、Znおよび/またはPdで形成し、Sn系ハンダからなる接合層と接する層は、第1の金属元素の中でも、Sn系ハンダ中の金属元素と固溶体または金属間化合物をより一層形成しやすい金属元素、例えば、Niおよび/またはCoで形成することができる。
【００２０】
また、第2の金属部材がアルミニウムを含む場合、該第2の金属部材の表面にも上記金属層を形成することができる。この場合、接続部は、第1の金属部材に形成された金属層、この金属層の上に形成されたSn系ハンダからなる接合層およびこの接合層の上に形成され、第2の金属部材の表面に接する第2の金属層を含む。第2の金属部材がアルミニウムを含まない場合、接続部を構成するSn系ハンダからなる接合層が第2の金属部材と直接接する。
【００２１】
ところで、先に述べたように、Sn系ハンダに含まれる第2の金属元素は、第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る金属元素であるから、使用する第1の金属元素とは異種の金属元素であるが、かかる異種金属元素に加えて、第1の金属元素と同種の金属元素を含むことができる。すなわち、使用するSn系ハンダは、第2の金属元素として、第1の金属元素とは異種の(第１の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る)金属元素を必ず含み、かかる異種金属に加えて、第1の金属元素と同種の金属元素を含み得る。Sn系ハンダは、第1の金属元素とは異種の(第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る)第2の金属元素と、残部のSn(および不可避不純物)とからなるか、第1の金属元素とは異種の(第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得る)第2の金属元素と、第1の金属元素と同種の第2の金属元素と残部のSn(および不可避不純物)とからなることができる。
【００２２】
固溶体または金属間化合物を形成し得る第1の金属元素と第2の金属元素の組合わせを以下の表1に示す。
【表１】
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【００２３】
Sn系ハンダが、第1の金属元素とは異種の第2の金属元素を複数種含む場合、該第2の金属元素のそれぞれが第1の金属元素と固溶体または金属間化合物を形成し得るものであることが特に好ましい。
【００２４】
例えば第1の金属元素がCu、Ni、Co、Zn、Ge、Au、Pdおよび/またはSnである場合、Cu、CoおよびTiからなる群より選択される少なくとも1種の第2の金属元素を含有し、残部がSn(および不可避不純物)からなるSn系ハンダ、具体的にはCu-Sn系ハンダ(0.7重量%Cuおよび残部のSn；融点227℃)、Cu-Co-Sn系ハンダ(0.7重量%のCu、0.2重量%のCoおよび残部のSn；融点217.5℃)、またはCu-Co-Ti-Sn系ハンダ(例えば0.3〜1.2重量%Cu、0.01〜1重量%Co、0.01〜1重量%Tiおよび残部のSn、好ましくは0.5〜0.7重量%Cu、0.1〜0.3重量%Co、0.1〜0.3重量%Tiおよび残部のSn)などが適切である。
【００２５】
例えば第1の金属元素がZn、Ge、Au、Pdおよび/またはSnである場合、Cu、Ag、CoおよびTiからなる群より選択される少なくとも1種の第2の金属元素を含有し、残部がSn(および不可避不純物)からなるSn系ハンダ、具体的にはCu-Ag-Co-Ti-Sn系ハンダ(例えば0.3〜1.2重量%Cu、0.3〜4.0重量%Ag、0.01〜1.0重量%Co、0.01〜1.0重量%Tiおよび残部のSn、好ましくは0.5〜0.7重量%Cu、3.0〜3.5重量%Ag、0.1〜0.3重量%Co、0.1〜0.3重量%Tiおよび残部のSn)などが適切である。
【００２６】
例えば第1の金属元素がAu、Pdおよび/またはSnである場合、Cu、Ag、In、CoおよびTiからなる群より選択される少なくとも1種の第2の金属元素を含有し、残部がSn(および不可避不純物)からなるSn系ハンダ、具体的にはCu-Ag-In-Co-Ti-Sn系ハンダ(例えば0.3〜1.2重量%Cu、0.3〜4.0重量%Ag、2.0〜6.0重量%In、0.01〜1.0重量%Co、0.01〜1.0重量%Tiおよび残部のSn、好ましくは0.5〜0.7重量%Cu、3.0〜3.5重量%Ag、4.0〜5.2重量%In、0.1〜0.3重量%Co、0.1〜0.3重量%Tiおよび残部のSn)などが適切である。
【００２７】
例えば第1の金属元素がPdおよび/またはSnである場合、Cu、Ag、Bi、CoおよびTiからなる群より選択される少なくとも1種の第2の金属元素を含有し、残部がSn(および不可避不純物)からなるSn系ハンダ、具体的にはCu-Ag-Bi-Co-Ti-Sn系ハンダ(例えば0.3〜1.2重量%Cu、0.3〜4.0重量%Ag、2.0〜6.0重量%Bi、0.01〜1.0重量%Co、0.01〜1.0重量%Tiおよび残部のSn、好ましくは0.5〜0.7重量%Cu、3.0〜3.5重量%Ag、4.0〜5.0重量%Bi、0.1〜0.3重量%Co、0.1〜0.3重量%Tiおよび残部のSn)などが適切である。
【００２８】
すなわち、本発明の接合体は、まず、第1の金属部材および第2の金属部材の表面に存在する酸化被膜をエッチング等により除去し、酸化被膜を除去された第1の金属部材の表面上に、少なくとも1種の第1の金属元素で構成された金属層を形成し、その後、Sn系ハンダによって、第1の金属部材と第2の金属部材をハンダ接合することによって作製することができる。ここで、上述したように、Sn系ハンダからなる接合層は、第1の金属部材の表面に形成された金属層と直接接する一方で、第2の金属部材とは直接接するかまたは第2の金属部材の表面に形成された同様の金属層と直接接する。
【００２９】
ところで、少なくとも1層の金属層が形成された第1の金属部材および/または第2の金属部材に熱処理を施し、第1の金属部材および/または第2の金属部材と金属層との界面において双方に含まれる金属元素の拡散を促進させ、さらに接合強度、信頼性を向上させることもできる。また、金属層が複数層からなる場合は、熱処理によって金属層間の金属元素の拡散を促進させることもできる。このような熱処理に好ましい温度は150〜350℃、さらに好ましくは250〜300℃である。
【００３０】
なお、本発明の接合体は金属部材の表面に新たな酸化被膜が生じないような条件で製造されることが好ましく、具体的にはH2、ArまたはHe等のイナート雰囲気下で製造されることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３１】
以下、本発明の一つの実施の形態を、図を参照して説明する。
【００３２】
図1は、本発明の一つの形態による接合体11の断面図である。図1において、第1の金属部材20と第2の金属部材30は接続部40を介して接合されている。接続部40は金属層401とSn系ハンダからなる接合層402からなり、金属層401は第1の金属部材20の表面上に形成され、接合層402は金属層401と接している。
【００３３】
図2は、本発明の一つの形態による接合体12の断面図である。図2において、第1の金属部材20と第2の金属部材30はいずれもアルミニウム材からなり、接続部40を介して接続されている。接続部40は第1の金属部材と第2の金属部材との対向表面領域にそれぞれ形成された金属層401および403と、金属層401と403との間に配置されたSn系ハンダからなる接合層402とからなる。
【００３４】
一方、本発明の他の態様によれば、複数の素電池と、前記複数の素電池を連結するアルミニウム材からなるバスバーと、制御基板とを含み、前記バスバーと前記制御基板が本発明の接続部を介して接続されている電池パックが提供される。
【００３５】
以下、本発明の電池パックを図を参照して説明する。
【００３６】
図3は本発明の電池パック51の分解斜視図である。図4は図3の部分拡大図であり、図5は図3の電池パック51を真上から見た図である。また、図6は、図3の電池パック51の断面図である。
【００３７】
図3〜6において、電池パック51は複数の素電池52を含む。一つの素電池の正極56は他の素電池の負極57とアルミニウム材からなるバスバー55を介して電気的に直列に接続されており、一連の電気的接続の両端に位置する素電池の正極または負極のうちの一方は、バスバーと接続されていない状態で存在している。この両端の素電池の正極または負極を電気機器と接続して使用する。バスバー55は、平板の中央に逆U字型の構造を形成した形状にあり、中央の逆U字型の湾曲部553と、湾曲部553を挟んで両側に存在する平面部552とを持ち、平面部552の中央部には正極56または負極57を嵌合するための開口部554が設けられている。さらにバスバー55は、平面部552から垂直にせり出した針状のアルミニウム製接続用ピン551を持つ。正極56および負極57とバスバーの開口部554の周縁とがレーザー溶接され、接合部56aおよび57aを形成している。これらの素電池52は電池ケース54の中に収容されており、電池ケース54の上には、正極56、負極57およびバスバー55(551)の一部が露出する窓が形成された電池カバー53が被せられている。電池パック51の上面には制御基板58が取付けられる。制御基板58には接続用ピン551を嵌合する孔581が形成されている。また制御基板58の表面上には金属(例えば無酸素銅)製の回路(図示せず)が形成されている。バスバー55の全表面、または少なくともバスバーのピン551には、先述した本発明の金属層(図示せず)が形成され、制御基板58の回路部と、孔581と嵌合されたバスバーのピン551とが、本発明の接続部すなわちハンダ接合部59を介して接続されている。
【００３８】
すなわち、本発明によれば、ハンダ接合部の接合強度と信頼性に優れた電池パックが提供される。
【００３９】
次に、本発明を実施例および比較例により説明する。
【００４０】
[実施例１]
厚さ3 mm、幅10 mm、長さ50 mmの1050アルミニウム材からなる第1の金属部材の表面に厚さ5μmの無電解Niめっき金属層を形成した。
【００４１】
次に、厚さ0.1 mm、幅10 mm、長さ10 mmのCu-Co-Sn系ハンダシート(0.7重量%Cu、0.2重量%Coおよび残部のSn)を第1の金属部材と厚さ3 mm、幅 10 mm、長さ50 mmの無酸素銅材からなる第2の金属部材の間に挿入し、フラックスを滴下した後245℃の窒素ガス雰囲気中で第1の金属部材と第2の金属部材を接合し、接合体を作製した。
【００４２】
得られた接合体を引張速度10 mm/分でせん断試験を行なった結果、せん断強度が52 MPaであり、せん断破壊は接合層内で生じた。電気伝導率と逆比例の関係を持つボイド欠陥率は5.0 %であった。
【００４３】
[実施例２]
厚さ3 mm、幅10 mm、長さ50 mmの1050アルミニウム材からなる第1の金属部材および1050アルミニウム材からなる第2の金属部材の表面上に、それぞれ厚さ5μmの無電解Niめっき金属層を形成した。
【００４４】
次に、厚さ0.1 mm、幅10 mm、長さ10 mmの、Cu-Co-Sn系ハンダシート(0.7重量%Cu、0.20重量%Coおよび残部のSn)を第1の金属部材と第2の金属部材の間に挿入し、フラックスを滴下した後245℃の窒素ガス雰囲気中で第1の金属部材と第2の金属部材を接合し、接合体を作製した。
【００４５】
得られた接合体を引張速度10 mm/分でせん断試験を行なった結果、せん断強度が 50 MPaであり、せん断破壊は接合層内で生じた。電気伝導率と逆比例の関係を持つボイド欠陥率は5.5 %であった。
【００４６】
[実施例３]
Cuからなる3μmの金属層を無電解めっき法によって形成し、Cu-Co-Ti-Sn系ハンダシート(0.75重量%Cu、0.2重量%Co、0.1重量%Tiおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００４７】
得られた接合体のせん断強度は55 MPaであり、せん断破壊は接合層内で生じた。電気伝導率と逆比例の関係を持つボイド欠陥率は5.0 %であった。
【００４８】
[実施例４]
Niからなる3μmの金属層を電気めっき法によって形成し、Cu-Ag-Co-Ti-Sn系ハンダシート(0.5重量%Cu、3.0重量%Ag、0.2重量%Co、0.1重量%Tiおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００４９】
得られた接合体のせん断強度は52 MPaであり、せん断破壊は接合層内で生じた。電気伝導率と逆比例の関係を持つボイド欠陥率は5.5 %であった。
【００５０】
[実施例５]
Coからなる5μmの金属層を電気めっき法によって形成し、Cu-Ag-In-Co-Ti-Sn系ハンダシート(0.7重量%Cu、3.0重量%Ag、4.0重量%In、0.1重量%Co、0.1重量%Tiおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００５１】
得られた接合体のせん断強度は48 MPaであり、せん断破壊は接合層内で生じた。電気伝導率と逆比例の関係を持つボイド欠陥率は7.0%であった。
【００５２】
[実施例６]
Auからなる1μmの金属層を電気めっき法によって形成し、Cu-Ag-Bi-Co-Ti-Sn系ハンダシート(0.5重量%Cu、3.0重量%Ag、6.0重量%Bi、0.1重量%Co、0.1重量%Tiおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００５３】
得られた接合体のせん断強度は50 MPaであり、せん断破壊は接合層内で生じた。電気伝導率と逆比例の関係を持つボイド欠陥率は6.0%であった。
【００５４】
[比較例１]
比較のため、第1の金属部材および第2の金属部材表面上に、本発明の金属層の代わりに溶融Zn-Sn系ハンダの層が形成された接合体の例を示す。
【００５５】
厚さ3 mm、幅10 mm、長さ50 mmの1050アルミニウム材からなる第1の金属部材およびアルミニウム材からなる第2の金属部材を300℃で溶融したZn-Sn系ハンダの浴槽(9.0重量％Znおよび残部のSn)に30秒間浸漬させ、第1の金属部材および第2の金属部材の表面上に、それぞれ厚さ5μmのZn-Sn系ハンダの層 (9.0重量％Znおよび残部のSn)を形成した。
【００５６】
次に、厚さ0.1 mm、幅10 mm、長さ 10 mmのCu-Sn系ハンダシート(0.7重量%Cuおよび残部のSn)を第1の金属部材と第2の金属部材の間に挿入し、フラックスを滴下した後245℃の窒素ガス雰囲気中で第1の金属部材と第2の金属部材を接合し、接合体を作製した。
【００５７】
得られた接合体を引張速度10 mm/分でせん断試験を行なった結果、せん断強度が10 MPaであることがわかった。せん断破壊は第1および第2の金属部材とZn-Sn系ハンダの層の界面、およびZn-Sn系ハンダの層とCu-Sn系ハンダの層との界面で生じた。ボイド欠陥率は20 %であった。
【００５８】
[比較例２]
さらなる比較のため、第1の金属元素と第2の金属元素が、固溶体または金属間化合物を形成しない対を含む組合せで選択された場合の接合体の例(比較例２〜４)を示す。
【００５９】
Cuからなる3μmの金属層を無電解めっき法によって形成し、Ag-Sn系ハンダシート(3.5重量%Agおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００６０】
得られた接合体のせん断強度は35 MPaであり、ボイド欠陥率は15 %であった。
【００６１】
[比較例３]
Niからなる3μmの金属層を電気めっき法によって形成し、Ag-In-Sn系ハンダシート(3.0重量%Ag、4.0重量%Inおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００６２】
得られた接合体のせん断強度は32 MPaであり、ボイド欠陥率は15 %であった。
【００６３】
[比較例４]
Coからなる5μmの金属層を電気めっき法によって形成し、Ag-Bi-Sn系ハンダシート(3.0重量%Ag、6.0重量%Biおよび残部のSn)を用いた以外は、実施例２と同様の方法で接合体を作製した。
【００６４】
得られた接合体のせん断強度は30 MPaであり、ボイド欠陥率は12 %であった。
【００６５】
[結果の考察]
実施例２と比較例１の比較から、第1の金属部材および第2の金属部材の表面上に第1の金属元素で構成された被膜を形成することによって、接合強度が顕著に向上することが明らかとなった。
【００６６】
実施例２〜６と比較例２〜４の比較から、第1の金属元素と全ての第2の金属元素とが固溶体または金属間化合物を形成し得る組合せで選択された場合、第1の金属元素と第2の金属元素が固溶体または金属間化合物を形成しない対を含む組合せで選択された場合と比較して、接合強度、およびボイド欠陥率から見積もられる電気伝導率が顕著に向上することが明らかとなった。
【符号の説明】
【００６７】
11、12：接合体、20：第1の金属部材、30：第2の金属部材、40：接続部、401、403：金属層、402：接合層、51：電池パック、52：素電池、53：電池カバー、54：電池ケース、55：バスバー、551：接続用ピン、552：平面部、553：湾曲部、554：開口部、56：正極、57：負極、56a：正極とバスバーの接合部、57a：負極とバスバーの接合部、58：制御基板、581：孔、59：ハンダ接合部
【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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