(57)【要約】【課題】局所加熱性が良好であり、接合層の接合特性を向上させることのできるマイクロ波加熱接合方法を提供する。【解決手段】実施形態のマイクロ波加熱接合方法は、マイクロ波を用いた金属製の接合部材１，２の接合方法であって、接合部材１，２の接合面１１，２１の少なくとも一部に、マイクロ波感受性材料４及び金属からなる接合助材３を配置する配置工程と、マイクロ波を照射してマイクロ波感受性材料４を発熱させることで接合助材３を溶融させるマイクロ波照射工程と、溶融された接合助材３からマイクロ波感受性材料４を分離する除去工程とを備える。【選択図】図１
2015054323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を用いた金属製の接合部材の接合方法であって、
前記接合部材の接合面の少なくとも一部にマイクロ波感受性材料及び金属からなる接合助材を配置する配置工程と、
マイクロ波を照射して前記マイクロ波感受性材料を発熱させることで前記接合助材を溶融させるマイクロ波照射工程と、
溶融した前記接合助材から前記マイクロ波感受性材料を分離する除去工程と、
を備えることを特徴とするマイクロ波加熱接合方法。
【請求項２】
前記マイクロ波感受性材料及び前記接合助材はそれぞれ粉末状であり、ペースト助剤が添加されてペースト状の混合体として形成され、
前記配置工程で、前記接合面の少なくとも一部に前記ペースト状の混合体を配置し、
前記除去工程で、前記接合面の少なくとも一方の端部から前記マイクロ波感受性材料を排出することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項３】
前記接合助材は、前記マイクロ波感受性材料を含む箔状の混合体として形成され、
前記配置工程で、前記接合面の少なくとも一部に前記箔状の混合体を配置し、
前記除去工程で、前記接合面の少なくとも一方の端部から前記マイクロ波感受性材料を排出することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項４】
前記接合助材は粉末状であり、ペースト助剤が添加されてペースト状の接合材として形成されるとともに、前記マイクロ波感受性材料はブロック状に形成され、
前記配置工程は、
前記接合面同士を離間させて配置する工程と、
前記接合面の少なくとも一部に前記ペースト状の接合材を配置する工程と、
前記接合面に配置された前記ペースト状の接合材の少なくとも一部に接触するように前記マイクロ波感受性材料を配置する工程とを備え、
前記除去工程で、前記マイクロ波感受性材料を取り出して離間された前記接合面同士を接触させることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項５】
前記接合助材は箔状の接合材として形成されるとともに、前記マイクロ波感受性材料はブロック状に形成され、
前記配置工程は、
前記接合面同士を離間させて配置する工程と、
前記接合面の少なくとも一部に前記箔状の接合材を配置する工程と、
前記接合面に配置された前記箔状の接合材の少なくとも一部に接触するように前記マイクロ波感受性材料を配置する工程と
を備え、
前記除去工程で、前記マイクロ波感受性材料を取り出して離間された前記接合面同士を接触させることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項６】
前記マイクロ波感受性材料の粒子径は１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項７】
前記マイクロ波感受性材料は、誘電率の大きいセラミックス材料であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項８】
前記マイクロ波感受性材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項９】
前記混合体は、活性金属を含むことを特徴とする請求項１乃至３及び６乃至８のいずれか１項記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項１０】
前記接合材は、活性金属を含むことを特徴とする請求項４又は５記載のマイクロ波加熱接合方法。
【請求項１１】
前記接合助材及び前記マイクロ波感受性材料は、複合されて一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３及び６乃至１０のいずれか１項記載のマイクロ波加熱接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マイクロ波を用いた加熱接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ波（より狭い範囲やより広い範囲に対して用いられることもあるが、一般に周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波の通称。）やミリ波（周波数２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの近ミリ波も含めた、２０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波。マイクロ波はミリ波を含む範囲の電磁波である。）を利用して金属材料やセラミック材料などの接合部材を加熱して接合することが行われている。周波数の高いマイクロ波（ミリ波の領域）を用いる接合方法では、接合部材の接合面を直接加熱するが、このとき接合部材自体も加熱されて接合部材の特性が劣化し易い。これに対し、周波数の低いマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を用いる接合方法ではバルク金属を直接加熱することができない。そのため、マイクロ波に対して感受性の高い材料、例えば金属のナノサイズ粒子や、誘電体セラミックス粒子等のマイクロ波感受性材料を接合面に配置して、マイクロ波の照射されたナノサイズ粒子やマイクロ波感受性材料の発熱を利用して接合面を加熱する方法が提案されている。
【０００３】
マイクロ波を利用した接合方法として、例えば、誘電体粒子やマイクロ波感受性材料を直接配置した接合面にミリ波を照射して加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、接合面の加熱部のみを局所的に加熱する場合には、加熱部にマイクロ波感受性材料を配置するとともに、接合部の加熱部近傍の外側に断熱材を配置して熱保持し、加熱部から外れた部分に高熱伝導率の金属カバーを配置する方法も提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
【０００４】
また、誘電体セラミックス粒子からなるマイクロ波感受性材料をろう材等の金属粒子に添加して接合面に配置し、マイクロ波感受性材料の発熱によって金属粒子を溶融して接合部材を接合する方法も提案されている。（例えば、特許文献３参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２１０９６号公報
【特許文献２】特開２００７−１１１７０９号公報
【特許文献３】特開２００８−７３７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した方法では、局所加熱性が低く、接合部材自体の温度が上昇して接合部材の特性が低下し易い。また、接合面にセラミックス材料等金属以外の材料が残留するため接合層の接合特性が低下し易い。
【０００７】
このように、従来のマイクロ波を用いた接合方法では、接合部材自体の温度が上昇し易い、接合層の接合特性が低下し易いという課題があった。
本発明が解決しようとする課題は、局所加熱性に優れ、接合層の接合特性を向上させることのできるマイクロ波加熱接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のマイクロ波加熱接合方法は、マイクロ波を用いた金属製の接合部材の接合方法であって、前記接合部材の接合面の少なくとも一部にマイクロ波感受性材料及び金属からなる接合助材を配置する配置工程と、マイクロ波を照射して前記マイクロ波感受性材料を発熱させて前記接合助材を溶融させるマイクロ波照射工程と、溶融した前記接合助材から前記マイクロ波感受性材料を分離する除去工程とを備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態のマイクロ波加熱接合方法で得られる接合体を概略的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るペースト状の混合体を概略的に示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る箔状の混合体を概略的に示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る複合体を概略的に示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る他の複合体を概略的に示す断面図である。
【図６】活性金属を含む混合体を概略的に示す断面図である。
【図７】マイクロ波感受性材料と活性金属の複合体を概略的に示す断面図である。
【図８】マイクロ波感受性材料と活性金属の複合体を含む混合体を概略的に示す断面図である。
【図９】第１の実施形態に係るマイクロ波加熱接合方法を示す工程図である。
【図１０】第１の実施形態に係るマイクロ波加熱接合方法の配置工程の一例を概略的に示す断面図である。
【図１１】第１の実施形態において、開口部を設けた他の配置工程を概略的に示す断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係るマイクロ波加熱接合方法のマイクロ波照射工程を概略的に示す断面図である。
【図１３】第１の実施形態において、温度測定装置を用いたマイクロ波照射工程を概略的に示す断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係るマイクロ波加熱接合方法の除去工程の一例を概略的に示す断面図である。
【図１５】第１の実施形態において、加圧装置を用いた除去工程を概略的に示す断面図である。
【図１６】第１の実施形態において、加圧装置を用いた除去工程を概略的に示す他の断面図である。
【図１７】第１の実施形態において、冷却装置を用いた除去工程及び冷却工程を概略的に示す断面図である。
【図１８】第１の実施形態に係るマイクロ波加熱接合方法の冷却工程の一例を概略的に示す断面図である。
【図１９】第２の実施形態に係る配置工程を概略的に示す断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係る除去工程を概略的に示す断面図である。
【図２１】第２の実施形態に係る冷却工程を概略的に示す断面図である。
【図２２】マイクロ波感受性材料濃度の部分的に異なる箔状の混合体を概略的に示す断面図である。
【図２３】マイクロ波感受性材料濃度の部分的に異なる他の箔状の混合体を概略的に示す断面図である。
【図２４】マイクロ波感受性材料濃度の異なる複数の箔状の混合体を概略的に示す断面図である。
【図２５】図２３に示す混合体を用いた配置工程を概略的に示す断面図である。
【図２６】図２４に示す混合体を用いた配置工程を概略的に示す断面図である。
【図２７】図２２に示す混合体を用いた配置工程を概略的に示す断面図である。
【図２８】第４の実施形態に係る配置工程を概略的に示す断面図である。
【図２９】第４の実施形態に係るマイクロ波照射工程を概略的に示す断面図である。
【図３０】第４の実施形態に係る冷却工程を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。各図において、共通する機能を有する構成部分には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００１１】
(第１の実施形態)
図１は、第１の実施形態のマイクロ波加熱接合方法で得られる接合体１００を示す。接合体１００は、被接合部材である第１の接合部材１及び第２の接合部材２と、第１及び第２の接合部材１，２を接合する接合層５から構成される。
【００１２】
第１及び第２の接合部材１，２はいずれも金属材料から構成される。これらの金属材料は同種であっても異なっていてもよい。金属材料としては特に限定されず、純銅、銅合金、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼やＣｒ鋼等のＦｅ基合金等を用いることができる。また、第１及び第２の接合部材１，２の形状についても特に限定はなく、棒状、柱状、板状、多面体状等が挙げられ、両者の形状は同じであっても異なっていてもよい。さらに、第１及び第２の接合部材１，２は、その体積が同じであってもよく、異なっていてもよく、それぞれ部分的に体積が異なったものでもよい。
【００１３】
接合層５は接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を含む混合体を用い、接合の際にマイクロ波感受性材料４を取り除くことで形成される。接合助材３は、第１及び第２の接合部材１，２を接合することのできる金属であれば特に限定されない。接合助材３として例えば、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属にホウ素（Ｂ）、スズ（Ｚｎ）、亜鉛（Ｓｎ）、リン（Ｐ）等の元素を添加して融点を下げるとともに、所望の特性に応じた組成としたろう材を用いることができる。ろう材としては、ＡｇにＣｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ等を添加した銀ろう、ＮｉにＢ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ等を添加し、耐熱性や耐食性を付与したＮｉ系ろう、ＣｕにＰを添加したりん銅ろうなどが挙げられる。接合助材３は、第１及び第２の接合部材１，２を構成する金属材料の種類等によって適宜選択して用いることができる。また、これらろう材は、粉末状、箔状又は棒状等、所望の形状として用いることができる。
【００１４】
第１及び第２の接合部材１，２と接合助材３の材料の好ましい組合せとして例えば、第１及び第２の接合部材１，２がいずれも純銅である場合には、接合助材３としてろう付け温度の比較的低い銀ろうやりん銅ろうを用い、第１及び第２の接合部材１，２がいずれも耐熱性のあるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）である場合には、融点が比較的高いニッケル系ろうを用いることが好ましい。また、第１の接合部材１が純銅であり第２の接合部材２がステンレス鋼である場合には、例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系の銀ろうを用いることが好ましい。
【００１５】
マイクロ波感受性材料４としては、マイクロ波に対して高い感受性を持つ材料を特に限定なく用いることができる。マイクロ波感受性材料４としては、２〜３０ＧＨｚのマイクロ波に対して高い感受性を持つ材料であることが好ましい。このような材料として、誘電率の大きいセラミックス材料、例えば純度の低いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。これらの中でも、マイクロ波感受性に優れることからＳｉＣが好ましく用いられる。また、接合助材３が溶融した際にこの溶融した接合助材３と分離し易くするために、マイクロ波感受性材料４の比重は接合助材３の比重より小さいことが好ましい。
【００１６】
マイクロ波感受性材料４は粉末状であることが好ましい。マイクロ波感受性材料４の粉末形状は特に限定されず、球状、板状、多面体状、棒状、不定形状等の種々の形状であってよく、２種以上の形状のものが混合されていてもよい。なかでも、球状であることが好ましく、その粒径（レーザ回折散乱法で測定した物理的換算径。）は、凝集を防ぐために、レーザ回折式粒子径分布測定装置（例えば株式会社島津製作所製  ＳＡＬＤ−３１００、ＳＡＬＤ−２３００など）による測定で好ましくは１μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。また、マイクロ波感受性材料４の粒子径は接合部から分離しやすく、接合部への悪影響を少なくするために、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。
【００１７】
また、マイクロ波感受性材料４の粒径は接合層５の厚み未満であることが好ましく、接合層５の厚みの５０％以下であることがより好ましく、１０％以下であることがさらに好ましい。マイクロ波感受性材料４の粒径が接合層５の５０％以下であると接合面１１，２１間の間においてマイクロ波感受性材料４の間隙に接合助材３が浸透し易く、１０％以下であると、除去工程においてマイクロ波感受性材料４が浮上、移動し易く、接合助材３との分離がし易いためである。
【００１８】
次に、混合体の構成について説明する。図２は、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４をペースト状とした混合体６１を、図３は接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を混合し、圧延して箔状とした混合体６２をそれぞれ示す断面図である。なお、ペースト状の混合体６１では、接合助材３、マイクロ波感受性材料４及びその他のすべての成分を含んだものを混合体６１という。
【００１９】
接合助材３及びマイクロ波感受性材料４をペースト状の混合体６１とする方法として例えば、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４にペースト助剤７及びフラックスを添加し混合してペースト状の混合体６１にする方法がある。この場合、接合助材３は粉末状であることが好ましく、その粒径（レーザ回折散乱法で測定した物理的換算径。）はマイクロ波感受性材料４との混合を均一にするため、レーザ回折式粒子径分布測定装置（例えば株式会社島津製作所製  ＳＡＬＤ−３１００、ＳＡＬＤ−２３００など）による測定で、１〜１００μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがより好ましい。
【００２０】
接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を箔状の混合体６２とする方法としては、例えば、接合助材３からなるろう箔中にマイクロ波感受性材料４を分散させる方法がある。箔状の混合体６２は、例えば、接合助材３からなるろう箔にマイクロ波感受性材料４を挟んで圧延する方法や接合助材３からなるろう箔にマイクロ波感受性材料４を溶射してコーティングする方法で得ることができる。
【００２１】
なお、箔状の混合体６２とする場合には、マイクロ波吸収性の点から、マイクロ波感受性材料４が混合体６２表面に露出していることが好ましく、これは箔状の混合体６２の表面をエッチングする等で達成できる。
【００２２】
混合体６１，６２中のマイクロ波感受性材料４の含有量は、接合助材３を十分に加熱する発熱量を確保し、かつ接合層への悪影響を少なくするために、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４の合計質量に対して５〜２０質量％であることが好ましく、１０〜１５質量％程度であることが特に好ましい。
【００２３】
このように、混合体６１，６２を用いることで、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を、第１及び第２の接合部材１，２の所望の位置に、適切な量で配置することができる。混合体６１，６２の態様は、第１及び第２の接合部材１，２の形状や使用目的に応じて適宜選変更することができる。
【００２４】
接合助材３及びマイクロ波感受性材料４をペースト状の混合体６１とする場合には、図３２に示すように接合助材３及びマイクロ波感受性材料４はそれぞれ単独の粒子として用いてもよく、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を一体として形成した複合体として用いてもよい。図４、５は接合助材３及びマイクロ波感受性材料４からなる複合体８１，８２をそれぞれ示す断面図である。
【００２５】
図４に示す複合体８１は、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を接合した複合体である。この複合体８１は、マイクロ波感受性材料４の表面に、接合助材３をメッキする方法、接合助材３を溶射する方法等で得ることができる。
【００２６】
図５に示す複合体８２は、マイクロ波感受性材料４の表面に接合助材３の皮膜を形成した複合体である。複合体８２も同様にマイクロ波感受性材料４の表面に、接合助材３をメッキする方法、接合助材３を溶射する方法等で得ることができる。なお、複合体８２では、接合助材３の厚みを１μｍ以下とすることで、マイクロ波感受性材料４のマイクロ波吸収性を向上させることができる。
【００２７】
また、複合体８２はマイクロ波感受性材料４の一部が露出するように形成されていることが好ましい。これにより、マイクロ波感受性材料４がマイクロ波を吸収し易くなる。複合体８２をマイクロ波感受性材料４の一部が露出するように形成する方法として、複合体８２の表面の一部をエッチングしてマイクロ波感受性材料４の一部を露出させる方法や、複合体８１，８２の表面にマイクロ波感受性材料４を配置して加圧し、押し込む方法がある。
【００２８】
接合助材３及びマイクロ波感受性材料４の混合体６１，６２にさらに、活性金属９を分散させることもできる。図６は、混合体６１に、活性金属９を分散させた混合体６１を示す。これにより、接合助材３のマイクロ波感受性材料４に対する濡れ性を向上させて、混合体中のマイクロ波感受性材料４の分散性を高めることができ、マイクロ波感受性材料４の凝集による接合層５の特性低下を抑えられる。
【００２９】
活性金属９としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）が挙げられ、これらのうち１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。活性金属９は、入手し易さの観点からはＴｉであることが好ましい。また、接合助材３の材質によってこれと合金化しにくいものを適宜選択して用いてもよい。
【００３０】
活性金属９は、活性金属９の単独の粒子として分散させてもよく、複合体として分散させてもよい。図７は、活性金属９とマイクロ波感受性材料４とを一体として形成した複合体１０を示す。また、接合助材３、活性金属９及びマイクロ波感受性材料４を一体として形成して、複合体としてもよい。活性金属９及びマイクロ波感受性材料４の複合体１０は、マイクロ波感受性材料４の表面に活性金属９をメッキや溶射によりコーティングすることで得ることができる。なお、図８は、複合体１０を用いて箔状の混合体６２とした場合を示す。
【００３１】
活性金属９の含有量は、接合助材３の質量を基準として決定することができる。この場合、活性金属９の含有量は、接合助材３及び活性金属９の合計質量に対して１〜２質量％であることが好ましい。活性金属９の含有量が１質量％以上であるとマイクロ波感受性材料４の濡れ性に優れ、２質量％以下であると接合層５の硬さの上昇や電気抵抗上昇による接合特性の低下がない。
【００３２】
また、活性金属９の含有量は、混合体中に含まれるマイクロ波感受性材料４の総表面積を基準として決定してもよい。この場合、マイクロ波感受性材料４に対する活性金属９の含有量は次のように決定する。仮に、２個の接合材がマイクロ波感受性材料４からなるものとして、これらの接合材の接合面の合計面積が混合体６１，６２に含まれるマイクロ波感受性材料４の総表面積と同じであるとする。活性金属９の含有量は、この接合材を所望の厚さの接合層を形成して良好な接合を得るために用いられる活性金属９の量と同等の量であることが好ましい。
【００３３】
例えば、直径２０μｍのＳｉＣを接合助材３及びＳｉＣの合計質量に対して１０質量％含有した混合体にＴｉを含有させる場合には、Ｔｉの含有量はＳｉＣとＴｉの合計質量に対して好ましくは２０〜２５質量％、特に好ましくは２２〜２３質量％とする。Ｔｉの含有量が２０質量％以上であるとマイクロ波感受性材料４の濡れ性に優れ、２５質量％以下であると接合層５の硬さ上昇や電気抵抗上昇による接合特性の低下がない。
【００３４】
なお、マイクロ波感受性材料４の全質量が変わらず総表面積が変化した場合、例えばマイクロ波感受性材料４の半径がＡ倍になった場合には活性金属９の含有量は１／Ａ倍になるようにする。これは、同じ質量で半径がＡ倍になると粒子数は１／Ａ３倍、各々の表面積はＡ２倍となるので、総表面積が１／Ａ倍となるためである。
【００３５】
次に、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法における各工程について説明する。図９は、第１の実施形態のマイクロ波加熱接合方法を示す工程図である。本実施形態のマイクロ波加熱接合方法は、いずれも金属材料からなる第１の接合部材１と第２の接合部材２を、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を用いて接合する方法である。この接合方法では、第１及び第２の接合部材１，２の接合面１１，２１の少なくとも一部にマイクロ波感受性材料４及び金属からなる接合助材３を配置する配置工程と、マイクロ波を照射して前記マイクロ波感受性材料４を発熱させて前記接合助材３を溶融させるマイクロ波照射工程と、溶融した前記接合助材３から前記マイクロ波感受性材料４を分離する除去工程を備えている。
【００３６】
（配置工程（Ｓ１０１））
図１０は、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法における配置工程を示す。配置工程では、図１０に示すように第１の接合部材１及び第２の接合部材２のそれぞれの接合面１１，２１に接合助材３及びマイクロ波感受性材料４の混合体６１，６２を配置する。このとき、混合体６１，６２は接合面１１，２１の両方に配置してもよく、いずれか一方に配置してもよい。
【００３７】
接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を接合面１１，２１に配置する手段は特に限定されず、ペースト状の混合体６１としたときには接合面１１，２１に塗布し、箔状の混合体６２としたときには接合面１１，２１間に挟み込めばよい。
【００３８】
図１１は、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法における他の配置工程を示す。図１１に示すように、第１及び第２の接合部材１，２の配置に傾斜を付けて、接合面１１，２１間にテーパ状の開口部１３を設け、接合面１１，２１に接合助材３及びマイクロ波感受性材料４の混合体６１，６２を配置することもできる。当該開口部１３の間隔は、その少なくとも一端が４ｃｍ以上であることが好ましい。これにより、マイクロ波を当該開口部１３から入り込みやすくしてマイクロ波感受性材料４の発熱を促進することができる。これは、マイクロ波がその波長の１／４〜１／３程度以上の隙間に入りやすいという性質を利用したものである。なお、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波（波長約１２ｃｍ）を照射する場合には、開口部１３は波長の１／３の４ｃｍ以上であることが好ましく、２８ＧＨｚのマイクロ波（波長約１１ｍｍ）を照射する場合には、開口部１３は３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
（マイクロ波照射工程（Ｓ１０２））
図１２は、本実施形態のマイクロ波照射工程を示す。マイクロ波照射工程では、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を配置した接合面１１，２１にマイクロ波照射装置１２によってマイクロ波を照射する。マイクロ波を照射することで、マイクロ波感受性材料４を発熱させ、この発熱によって接合助材３を溶融させる。
【００４０】
マイクロ波照射装置が照射するマイクロ波の周波数は２〜３０ＧＨｚであり、好ましくは２．４５ＧＨｚである。マイクロ波照射装置１２としては上記した周波数のマイクロ波を発生可能であれば特に限定されず、例えばマグネトロン発振管、ジャイロトロン発振管等を用いる。
【００４１】
マイクロ波照射条件としては、接合助材３を溶融するような条件であれば特に限定されないが、接合助材３の温度が、接合助材３として用いるろう材のろう付け温度程度となるような条件であることが好ましい。なお、ろう材のろう付け温度は、銀ろうで６５０〜９００℃程度、Ｎｉ系ろうで８００〜１２００℃程度、りん銅ろうで７００〜８５０℃程度である。マイクロ波照射条件は具体的に例えば、接合部材が縦５０×横５０ｍｍ、厚み５〜１０ｍｍ程度の大きさである場合には、マイクロ波照射装置の出力は１〜２ｋＷ、加熱時間は５〜３０分程度とする。
【００４２】
図１３は、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法におけるマイクロ波照射工程の他の例を示す。第１及び第２の接合部材１，２が異なる金属材料からなる場合には、図１３に示すように第１及び第２の接合部材１，２の温度をそれぞれ測定する熱電対等の温度測定装置１７を設け、温度測定装置１７で測定される温度が第１及び第２の接合部材１，２の軟化点近くに上昇したときにこの接合部材１，２を冷却するようにしてもよい。これは、例えば、あらかじめ接合部材１，２のそれぞれの上限温度を設定しておき、温度測定装置１７で測定される温度がこの上限温度となったときに冷却するよう冷却装置１６を制御することで達成できる。
【００４３】
また、第１及び第２の接合部材１，２の温度をより正確に測定し、これらの温度上昇を抑えるために、温度測定装置１７は、接合面１１，２１からの距離が好ましくは１〜５ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍの位置に設置する。
【００４４】
具体的には、例えば、第１の接合部材が縦５０×横５０ｍｍ、厚み１０ｍｍのステンレス鋼板であり、第２の接合部材が縦５０×横５０ｍｍ、厚み１５ｍｍの純銅板である場合には、純銅板の方が温度上昇し易い。そのため、純銅板の上限温度を１５０℃に設定して、純銅板の接合面から１ｍｍ程度の位置に熱電対を配置する。熱電対における温度が１５０℃となったときに純銅板の冷却を開始して純銅板がこの上限温度を超えないようにする。
【００４５】
このように、本実施形態のマイクロ波照射工程では、マイクロ波感受性材料４を発熱させ、この発熱によって接合助材３を溶融させる。そのため、第１及び第２の接合部材１，２自体が加熱されるのを極力抑えつつ、接合助材３及び接合面１１，２１を加熱することができる。そのため、接合部材１，２の熱による軟化等の特性劣化を抑制することができる。
【００４６】
（除去工程（Ｓ１０３））
図１４は、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法における除去工程の一例を示す断面図である。除去工程では、溶融した接合助材３からマイクロ波感受性材料４を分離して除去する。除去方法として、マイクロ波感受性材料４が除去される方法であれば特に限定されないが、例えば次のように行う。接合助材３が溶融して第１及び第２の接合部材１，２となじむと、例えば図１３の断面であれば接合面１１，２１の上端部および下端部にフィレット１４が形成される。この段階で溶融した接合助材３に超音波加振器１５で超音波振動を与えることでマイクロ波感受性材料４を上端部のフィレット１４中に排出することができる。マイクロ波感受性材料４が接合助材３よりも比重が小さいので、接合助材３が溶融することでマイクロ波感受性材料４は上部のフィレット１４中へ浮上していくが、超音波振動を与えることで、さらにマイクロ波感受性材料４の浮上を促進することができる。
【００４７】
図１５、１６は、加圧装置を用いる除去工程を示す。除去工程では、図１５に示すように、マイクロ波感受性材料４のほとんどが第１及び第２の接合部材の上端部付近に浮上したときに、第１及び第２の接合部材１，２を例えば加圧装置１８により加圧して圧着させることが好ましい。これにより、接合面１１，２１の端部付近に残留するマイクロ波感受性材料４をフィレット１４中に排出し、マイクロ波感受性材料４の除去された接合層５を形成することができる（図１６）。
【００４８】
図１７は、冷却装置を用いる除去工程を示す図である。冷却工程において、図１７に示すように、冷却装置１６による冷却方向を下方から上方として接合助材３の凝固に方向性を持たせ、この方向にマイクロ波感受性材料４を排出してもよい。冷却に方向性を持たせると、接合助材３が凝固していく際に、接合助材中のマイクロ波感受性材料４が溶融状態の接合助材３中に偏析していく。そのため、マイクロ波感受性材料４を冷却方向に排出することができる。なお、当該冷却方法を用いてマイクロ波感受性材料４を除去する場合には、マイクロ波感受性材料４の排出方向は必ずしも上方でなくてもよく、水平方向に排出してもよい。
【００４９】
（冷却工程（Ｓ１０４））
図１８は、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法における冷却工程の一例を示す。マイクロ波感受性材料４を除去した後、図１８に示す冷却工程で、接合助材３を、自然放冷し、又は冷却装置１６によって冷却する。冷却装置１６としては、冷却媒体として冷却水を用いる等の冷却装置１６を用いることができる。冷却工程では、接合部材１，２を全体的に冷却してもよく、図１７に示すように部分的に冷却しながら冷却装置１６を移動させ、徐々に全体を冷却してもよい。冷却工程においてマイクロ波感受性材料４の除去された接合助材３を凝固させ、接合層５を形成させて第１及び第２の接合部材１，２を接合する。接合後にフィレット１４を例えば、研削機等で除去して接合を完了する。
【００５０】
また、第１及び第２の接合部材１，２間に開口部１３を設けた場合には、第１及び第２の接合部材１，２を突き合せた後に圧着し、冷却すればよい。
【００５１】
なお、接合特性の点から、接合層５の厚みは０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましい。
【００５２】
このように、第１の実施形態によれば、接合面１１，２１にマイクロ波感受性材料４が残留せず、優れた接合特性の接合層５を得ることができる。
【００５３】
(第２の実施形態)
第２の実施形態は、配置工程において、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４をそれぞれ別々に配置する点で第１の実施形態と異なる。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００５４】
本実施形態では、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４を混合体とせずに、接合助材３はペースト助剤７を添加してペースト状に形成した接合材とする、又は、接合助材３を箔状に形成した接合材とする。マイクロ波感受性材料４はブロック状とし、その形状を、例えば開口部１３に埋め込む形とする。また、活性金属９を用いる場合には、活性金属９はペースト状又は箔状の接合助材３に混合することが好ましい。
【００５５】
図１９〜図２１は第３の実施形態のマイクロ波加熱接合方法を示す図であり、図１９は配置工程、図２０は除去工程、図２１は冷却工程を示す。本実施形態では、図１９に示すように、接合面１１，２１間に開口部１３を設け、接合面１１，２１に接合助材３のみを配置し、開口部１３にマイクロ波感受性材料４を埋め込み材として配置する。このとき、マイクロ波感受性材料４は必ずしも開口部を全てふさいでいる必要はなく、接合助材３が十分に加熱されるように、接合助材３に接触していればよい。
【００５６】
次いで、第２の実施形態と同様にマイクロ波照射工程を行う。マイクロ波照射工程では、マイクロ波感受性材料４が発熱することによって接合助材３が加熱される。除去工程では、図１９に示すように埋め込み材として配置したマイクロ波感受性材料４を取り出して、第１及び第２の接合部材１，２を突き合せる。冷却工程では、図２０に示すように第１及び第２の接合部材１，２を圧着し、冷却して接合層５を形成する（図２１）。
【００５７】
本実施形態では、マイクロ波感受性材料４を埋め込み材として配置するため、除去工程でこれを容易に除去することができる。したがって、接合面１１，２１にマイクロ波感受性材料４が残留せず、優れた接合特性の接合層５を得ることができる。
【００５８】
（第３の実施形態)
第３の実施形態は、第１の実施形態において、第１及び第２の接合部材１，２の所望の加熱量に応じて接合助材３及びマイクロ波感受性材料４の配置量を接合面の位置によって変更したものであり、その他の構成及び効果は第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００５９】
図２２〜図２４は本実施形態で用いられる混合体６３〜混合体６７を示す。図２２に示す混合体６３は、片方の面側にマイクロ波感受性材料４を多く配置し、もう一方の側にこれより少なく配置されている。混合体６３は、片方の面側にマイクロ波感受性材料４を高濃度とし、もう一方の側に向けてマイクロ波感受性材料の濃度が小さくなっていくように分散されていてもよい。図２３に示す混合体６４は、所定の箇所にマイクロ波感受性材料４を高濃度で分散させた混合体であり、図２４に示す混合体６５〜混合体６７は、マイクロ波感受性材料４の分散濃度が異なった複数の混合体である。
【００６０】
図２５〜図２７は、本実施形態における配置工程を示す。図２５は、混合体６４を用いた配置工程であり、図２６は混合体６５〜混合体６７を用いた配置工程である。配置工程では、図２５に示すように、配置工程において接合部材１，２の加熱量を多くしたい部分にマイクロ波感受性材料４の多い部分が接するように混合体６４を配置する。また、図２６に示すようにマイクロ波感受性材料４の分散濃度が異なった複数の混合体を所望の加熱量に応じて配置する。
【００６１】
次いで、第１の実施形態と同様にマイクロ波照射工程、除去工程、冷却工程を行った後フィレット１４を除去して接合を完了する。本実施形態では、マイクロ波照射工程においてマイクロ波感受性材料４の多く含まれる部分の接合助材３が少なく含まれる部分より多く加熱されるため、第１及び第２の接合部材１，２の放熱量が部分的に異なる場合であっても、局所均一加熱が可能である。
【００６２】
このように、本実施形態のマイクロ波加熱接合方法によれば、所望の加熱量に応じて接合助材３及びマイクロ波感受性材料４の配置量を変更することで、種々の接合部材１，２の形状、材質に対応した接合面１１，２１の局所均一加熱が容易となり、接合特性に優れた接合層５を形成することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、配置工程において、混合体６３を、図２７に示すように接合面１１，２１間の一端に、溶融した接合助材３を流す方向に向けてマイクロ波感受性材料４が多くなるように配置してもよい。マイクロ波照射工程においてマイクロ波感受性材料４を多く含む側がこれより少なく含む側よりも温度が高くなる。接合助材３は溶融すると温度の高い方へ流れやすくなるので、高温側への接合助材３の流れが生じ、ボイドなどの欠陥がこの流れ方向に移動し易くなる。そのため、この流れ方向に欠陥を排出することができ、接合特性の良好な接合層５を形成することができる。
【００６４】
（第４の実施形態)
第４の実施形態は、第１の実施形態において、マイクロ波感受性材料４に代えてマイクロ波高感受性金属４１を用いる方法であり、その他の構成は第１の実施形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００６５】
本実施形態において、マイクロ波高感受性金属４１は、マイクロ波を吸収して発熱する金属であり、例えば電気抵抗の高い金属粒子Ｚｎ、Ｓｎや、粒子径を１〜５００ｎｍのナノサイズとした金属粒子を用いることができる。中でもＺｎ、Ｓｎを含む合金のナノサイズ粒子であることが好ましく、具体的には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系の銀ろう材のナノサイズ粒子が好ましい。このような波マイクロ高感受性金属４１は、マイクロ波吸収性に極めて優れるため、接合助材３の局所加熱性に優れる。
【００６６】
接合助材３及びマイクロ波高感受性金属４１は、混合体として用いることが好ましい。接合助材３及びマイクロ波感受性材料４１を含む混合体としては、接合助材３及びマイクロ波感受性材料４１をペースト助剤７を用いてペースト状とした混合体や、接合助材３及びマイクロ波高感受性材料４１を箔状とした混合体を用いることができる。
【００６７】
図２８〜図３０は本実施形態のマイクロ波加熱接合方法を概略的に示す断面図であり、図２８は配置工程、図２９はマイクロ波照射工程、図３０は冷却工程を示す。
【００６８】
本実施形態のマイクロ波加熱接合方法では、配置工程において、接合面１１，２１の少なくとも一部に接合助材３及びマイクロ波高感受性金属４１を配置する。マイクロ波高感受性金属４１が接合助材３としても機能する場合には、マイクロ波高感受性金属４１のみ配置すればよい。次いで、第１の実施形態と同様にマイクロ波照射工程、冷却工程を順に行い、接合層５を形成する。最後にフィレット１４を除去する。本実施形態では、マイクロ波感受性材料４に代えてマイクロ波高感受性金属４１を用いるため、除去工程を行う必要がない。また、セラミックス材料が接合面１１，２１に残留しないため、優れた接合特性の接合層５を得ることができる。
【００６９】
また、第４の実施形態では、マイクロ波照射工程に先立ち、マイクロ波を照射する予熱工程を行うことが好ましい。予熱工程では、接合部材１，２に好ましくは周波数２０〜３０ＧＨｚ、特に好ましくは周波数２８ＧＨｚのマイクロ波を照射して、接合部材１，２を１００℃以下程度に加熱する。これにより、接合部材１，２と接合助材３及びマイクロ波高感受性金属４１とがなじみ易くなり、接合層５の接合特性を向上させることができる。
【００７０】
このように、第４の実施形態のマイクロ波加熱接合方法は、マイクロ波高感受性金属４１を用いることで局所加熱性に優れるため、第１及び第２の接合部材１，２の熱による軟化等の特性劣化を抑制することができる。さらに、マイクロ波高感受性金属４１を用いるので接合層５にセラミックス材料が残留せず、優れた接合特性の接合層５を得ることができる。
【００７１】
以上、説明した実施形態によれば、局所加熱性に優れ、接合層の接合特性を向上させることが可能となる。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１…第１の接合部材、２…第２の接合部材、３…接合助材、４…波マイクロ感受性材料、５…接合層、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７…混合体、７…ペースト助剤、８１，８２…複合体、９…活性金属、１０…複合体、１１，２１…接合面、１２…マイクロ波照射装置、１３…開口部、１４…フィレット、１５…超音波加振器、１６…冷却装置、１７…温度測定装置、１８…加圧装置、４１…マイクロ波高感受性金属、Ｓ１０１…配置工程、Ｓ１０２…マイクロ波照射工程、Ｓ１０３…除去工程、Ｓ１０４…冷却工程。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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