(57)【要約】【課題】金属間化合物層が表面に形成された清浄な金属積層体を、安定的かつ容易に作成することができる金属積層体の製造方法、及びその製造方法により作成される金属積層体を提供する。【解決手段】第１金属層１０を基材５０の表面に形成し（Ｓ２）、Ｃｕ１０Ｎｉ合金によって構成される第２金属層２０を第１金属層１０の表面に形成する（Ｓ３）。Ｓ３の工程により、第１金属層１０と第２金属層２０との複合体が形成される。次に、第１金属層１０と第２金属層２０との複合体に対して加熱処理を行い、第１金属層１０と第２金属層２０との間に、第１金属と第２金属とからなる金属間化合物で構成される金属間化合物層３０を生成する（Ｓ４）。次に、金属間化合物層３０を剥離層として第１金属層１０から第２金属層２０を機械的に剥離する（Ｓ５）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属層の表面に第２金属層を形成し、前記第１金属層と前記第２金属層との複合体を形成する複合体形成工程と、
加熱処理または加圧処理の少なくとも一方の処理を前記複合体に対して行い、前記第１金属層と前記第２金属層との間に、第１金属と第２金属とからなる金属間化合物で構成される金属間化合物層を生成する生成工程と、
前記金属間化合物層を剥離層として前記第１金属層から前記第２金属層を剥離し、前記金属間化合物層が前記第１金属層の表面に形成された金属積層体を作成する剥離工程と、
を含む、金属積層体の製造方法。
【請求項２】
前記第２金属の格子定数と前記金属間化合物の格子定数との差は、前記第１金属の格子定数と前記金属間化合物の格子定数との差よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項３】
前記第１金属の融点は前記第２金属の融点より低い、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項４】
前記第１金属は、Ｓｎ若しくはＺｎからなる単金属、又は、Ｓｎ若しくはＺｎを含む合金であり、
前記第２金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、若しくはＮｉからなる単金属、又は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、若しくはＮｉのうち少なくとも１つの金属を含む合金である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項５】
前記第１金属はＳｎであり、
前記第２金属はＣｕＮｉ合金であり、
前記金属間化合物はＣｕＮｉＳｎの金属間化合物である、ことを特徴とする請求項４に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項６】
前記第１金属層を基材の表面に形成する第１金属層形成工程を含む、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項７】
前記基材の材料は、Ｃｕ若しくはＦｅからなる単金属、又は、Ｃｕ若しくはＦｅを含む合金である、ことを特徴とする請求項６に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項８】
前記第２金属層は板状である、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属積層体の製造方法。
【請求項９】
第１金属層と、
第１金属と第２金属とからなる金属間化合物で構成される金属間化合物層であって、前記第１金属層の表面に形成された金属間化合物層と、を備え、
前記第１金属層は、前記第１金属層中に前記金属間化合物が分散して存在する分散層を含んでいる、金属積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属間化合物層が表面に形成された金属積層体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属からなる基材の表面に機能性を付与するため、当該基材の表面に対してめっき処理を施すことが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、導電性基体（基材）の表面に対してめっき処理を施し、接続端子に要求される摺動特性を導電性基体の表面に付与する製造方法が開示されている。この製造方法では、導電性基体の表面に、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｓｎ層をこの順にめっきしてめっき積層体を作製し、めっき積層体を熱処理してＣｕ層とＳｎ層を反応させ、金属積層体を導電性基体の表面上に形成している。金属積層体は、ＣｕＳｎ金属間化合物層、Ｃｕ層およびＮｉ層からなる積層体である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４７０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の製造方法では、めっき液の組成、めっき条件、及び熱処理条件等を厳密に管理する必要があり、ＣｕＳｎ金属間化合物層の組成や結晶構造の制御が難しい。
【０００６】
そのため、特許文献１の製造方法では、ＣｕＳｎ金属間化合物層が表面に形成された金属積層体を導電性基体の表面上に、安定的かつ容易に作成することが難しいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１の製造方法では、めっき液による不純物や水素が混入するため、清浄な金属積層体を導電性基体の表面上に形成することが難しいという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、金属間化合物層が表面に形成された清浄な金属積層体を、安定的かつ容易に作成することができる金属積層体の製造方法、及びその製造方法により作成される金属積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の製造方法は、第１金属層の表面に第２金属層を形成し、第１金属層と第２金属層との複合体を形成する複合体形成工程と、
加熱処理または加圧処理の少なくとも一方の処理を複合体に対して行い、第１金属層と第２金属層との間に、第１金属と第２金属とからなる金属間化合物で構成される金属間化合物層を生成する生成工程と、
金属間化合物層を剥離層として第１金属層から第２金属層を機械的に剥離し、金属間化合物層が第１金属層の表面に形成された金属積層体を作成する剥離工程と、
を含む、ことを特徴とする。
【００１０】
この製造方法では、めっきすることなく、金属間化合物層を剥離層として第１金属層から第２金属層を機械的に剥離することで、金属積層体を作成している。この金属間化合物層は、第２金属の格子定数と金属間化合物の格子定数との差が、第１金属の格子定数と金属間化合物の格子定数との差よりも大きいという関係を満たす層、又は他の層に比べて脆い層である。
【００１１】
そのため、剥離工程において、金属間化合物層を剥離層として第１金属層から第２金属層を、安定的かつ容易に剥離することができる。すなわち、金属間化合物層が表面に形成された金属積層体を、安定的かつ容易に作成することができる。
【００１２】
また、この製造方法では、めっき液による不純物や水素が混入しないため、清浄な金属積層体を作成することができる。
【００１３】
したがって、この製造方法によれば、金属間化合物層が表面に形成された清浄な金属積層体を、安定的かつ容易に作成することができる。
【００１４】
また、本発明の製造方法では、第１金属の融点は第２金属の融点より低いことが好ましい。
【００１５】
また、本発明の製造方法では、第１金属は、Ｓｎ若しくはＺｎからなる単金属、又は、Ｓｎ若しくはＺｎを含む合金であり、
第２金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、若しくはＮｉからなる単金属、又は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、若しくはＮｉのうち少なくとも１つの金属を含む合金であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の製造方法では、第１金属はＳｎであり、
第２金属はＣｕＮｉ合金であり、
金属間化合物はＣｕＮｉＳｎの金属間化合物であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の製造方法は、第１金属層を基材の表面に形成する第１金属層形成工程を含むことが好ましい。
【００１８】
この製造方法では、金属間化合物層が表面に形成された清浄な金属積層体を基材の表面上に、安定的かつ容易に作成することができる。
【００１９】
基材の材料は、Ｃｕ若しくはＦｅからなる単金属、又は、Ｃｕ若しくはＦｅを含む合金であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の製造方法では、第２金属層は板状であることが好ましい。
【００２１】
この製造方法では、剥離工程において、第２金属層が把持し易い形状であるため、第１金属層から第２金属層を機械的に剥離し易い。
【００２２】
また、本発明の金属積層体は、第１金属層と、
第１金属と第２金属とからなる金属間化合物で構成される金属間化合物層であって、第１金属層の表面に形成された金属間化合物層と、を備え、
第１金属層は、第１金属層中に金属間化合物が分散して存在する分散層を含んでいる、ことを特徴とする。
【００２３】
この構成では、分散層によってアンカー効果が働き、第１金属層と金属間化合物層との接着力が高まる。そのため、本発明の金属積層体では、金属間化合物層が、第１金属層から剥離し難い。したがって、本発明の金属積層体によれば、接続端子に要求される摺動特性等が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の製造方法によれば、金属間化合物層が表面に形成された清浄な金属積層体を、安定的かつ容易に作成することができる。また、本発明の金属積層体によれば、接続端子に要求される摺動特性等が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る金属積層体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す金属積層体の製造工程を模式的に示す外観斜視図である。
【図３】図１に示す金属積層体の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す金属積層体の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１に示す金属積層体の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図１に示す製造方法によって製造された金属積層体および基材を模式的に示す断面図である。
【図７】図６に示す金属積層体および基材の断面をＣｕＮｉＳｎ金属間化合物でマッピングした図である。
【図８】図６に示す金属積層体および基材の断面をＳｎでマッピングした図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る金属積層体の製造方法を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【００２７】
《本発明の実施形態》
本発明の実施形態に係る金属積層体の製造方法について以下説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係る金属積層体の製造方法を示すフローチャートである。図２は、図１に示す金属積層体の製造工程を模式的に示す外観斜視図である。図３〜図５は、図１に示す金属積層体の製造工程を模式的に示す断面図である。図６は、図１に示す製造方法によって製造された金属積層体および基材を模式的に示す断面図である。
【００２９】
まず、所定厚みからなる基材５０と、溶融Ｓｎと、所定厚みからなる第２金属層２０とを用意する。本実施形態では、基材５０はＣｕ板である。基材５０は、例えば電子部品の接続端子となる。第２金属層２０はＣｕ１０Ｎｉ合金板である。
【００３０】
なお、基材５０の厚みは０．２ｍｍであり、基材５０の外形は１００ｍｍ角である。第２金属層２０の厚みは０．１ｍｍであり、第２金属層２０の外形は８０ｍｍ角である。
【００３１】
次に、基材５０の表面と第２金属層２０（Ｃｕ１０Ｎｉ合金の板）の表面とを清浄する（図１：Ｓ１）。この清浄工程は、清浄剤を用いてアルカリ処理または酸処理を施すことにより、行われる。清浄剤は、例えば塩素系フラックスである。この清浄工程により、基材５０の表面と第２金属層２０（Ｃｕ１０Ｎｉ合金の板）の表面とが、溶融Ｓｎに濡れやすくなる。
【００３２】
次に、基材５０と第２金属層２０（Ｃｕ１０Ｎｉ合金の板）との間に溶融Ｓｎを流し込み、図２、図３に示すように、Ｓｎによって構成される第１金属層１０を基材５０の表面に形成し（図１：Ｓ２）、Ｃｕ１０Ｎｉ合金によって構成される第２金属層２０を第１金属層１０の表面に形成する（図１：Ｓ３）。
【００３３】
Ｓ３の工程により、第１金属層１０と第２金属層２０との複合体が基材５０の表面上に形成される。ここで、第１金属層１０を構成するＳｎの融点は、第２金属層２０を構成するＣｕ１０Ｎｉの融点より低い。
【００３４】
次に、第１金属層１０と第２金属層２０との複合体に対して加熱処理を行い、図４に示すように、第１金属層１０と第２金属層２０との間に、第１金属と第２金属とからなる金属間化合物で構成される金属間化合物層３０を生成する（図１：Ｓ４）。
【００３５】
この際、第１金属層１０中には、金属間化合物が分散して存在する分散層１３も生成される。金属間化合物層３０はＣｕＮｉＳｎ合金である。そのため、Ｓ４の工程後、第１金属層１０は、金属間化合物が分散して存在する分散層１３とほぼ第１金属のみからなる純金属層１１とからなる。なお、この実施形態において加熱処理は、複合体に対して３５０℃、６０秒間、行っている。
【００３６】
次に、図５に示すように、金属間化合物層３０を剥離層として第１金属層１０から第２金属層２０を機械的に剥離する（図１：Ｓ５）。これにより、図６に示すように、金属間化合物層３０が第１金属層１０の表面に形成された金属積層体１００が基材５０の表面上に作成される。
【００３７】
なお、剥離力は、第２金属層２０の形状やサイズによって変化する。本実施形態では、第２金属層２０が、剥離工程において把持し易い板形状であるため、第１金属層１０から第２金属層２０を機械的に剥離し易い。よって、本実施形態では、小さい剥離力で済む。
【００３８】
以上の製造方法では、めっきすることなく、金属間化合物層３０を剥離層として第１金属層１０から第２金属層２０を機械的に剥離することで、金属積層体１００を基材５０の表面上に作成している。
【００３９】
前述のＳ５の剥離工程では、金属間化合物層３０を剥離層として第１金属層１０から第２金属層２０を、安定的かつ容易に剥離することができる。すなわち、金属間化合物層３０が表面に形成された金属積層体１００を、安定的かつ容易に作成することができる。
【００４０】
ここで、金属間化合物層３０を剥離層として第１金属層１０から第２金属層２０を、安定的かつ容易に剥離することができる理由としては、次の２つが考えられる。まず１つ目の理由は、金属間化合物層３０が他の層に比べて脆いためであると考えられる。
【００４１】
２つ目の理由は、第２金属の格子定数と金属間化合物の格子定数との差が、第１金属の格子定数と金属間化合物の格子定数との差よりも大きいためであると考えられる。
【００４２】
本実施形態において、第１金属に相当するＳｎの格子定数は５．８３１Åであり、第２金属に相当するＣｕ１０Ｎｉ合金の格子定数は３．６６５Åであり、金属間化合物に相当するＣｕＮｉＳｎ合金の格子定数は６．１１６Åである。
【００４３】
また、この製造方法では、めっき液による不純物や水素が混入しないため、清浄な金属積層体１００を作成することができる。
【００４４】
したがって、以上の製造方法によれば、金属間化合物層３０が表面に形成された清浄な金属積層体１００を基材５０の表面上に、安定的かつ容易に作成することができる。つまり、素体上に金属間化合物層からなる表面層を安定的かつ容易に形成することができる。
【００４５】
図７は、図６に示す金属積層体および基材の断面をＣｕＮｉＳｎ金属間化合物でマッピングした図である。図８は、図６に示す金属積層体および基材の断面をＳｎでマッピングした図である。
【００４６】
なお、図７は、図中の色が白いほど、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物の濃度が高いことを示している。図８は、図中の色が黒いほど、Ｓｎの濃度が高いことを示している。
【００４７】
金属積層体１００は、第１金属層１０と、第１金属層１０の表面に形成された金属間化合物層３０と、を備えている。そして、この第１金属層１０は、図７、図８に示すように、第１金属層１０中に金属間化合物が分散して存在する分散層１３を含んでいる。また、金属間化合物層３０は局所的に第１金属層１０側へ傾斜している。つまり、金属間化合物の濃度分布が段階的に変化している（表面側の濃度が高い）。この傾斜現象は、金属間化合物層３０中のＮｉ成分が第１金属層１０側へ沈降するためであると考えられる。
【００４８】
金属積層体１００では、分散層１３によってアンカー効果が働き、第１金属層１０と金属間化合物層３０との接着力が高まる。そのため、金属積層体１００では、金属間化合物層３０が、第１金属層１０から剥離し難い。したがって、電子部品の接続端子の表面上に金属積層体１００を形成した場合、接続端子に要求される摺動特性が向上する。
【００４９】
《他の実施形態》
本発明の他の実施形態に係る金属積層体の製造方法について以下説明する。
【００５０】
図９は、本発明の他の実施形態に係る金属積層体の製造方法を模式的に示す断面図である。図９中の矢印は、基材５０の進行方向を示す。
【００５１】
他の実施形態の製造方法が図１に示した実施形態の製造方法と異なる点は、Ｓ２の第１金属層形成工程とＳ３の複合体形成工程である。その他の工程に関しては同じであるため、説明を省略し、異なる点についてのみ以下説明する。
【００５２】
図９に示すように、基材５０を、反時計回りに回転するロール状のＣｕＮｉ合金棒２２０に、容器２１１内に満たされた溶融Ｓｎ浴２１０中で接触させる方法を用いても良い。この方法でも、Ｓｎからなる第１金属層１０とＣｕＮｉ合金からなる第２金属層２０との複合体が基材５０の表面上に形成される。
【００５３】
その他、ＣｕＮｉ合金板である第２金属層２０の表面または基材５０の表面に対し、あらかじめＳｎめっきを行い、第２金属層２０の表面と基材５０の表面とを貼り合わせる方法を用いても良い。この方法でも、Ｓｎからなる第１金属層１０とＣｕＮｉ合金からなる第２金属層２０との複合体が基材５０の表面上に形成される。
【００５４】
また、ＣｕＮｉ合金板である第２金属層２０と基材５０の間にＳｎ板を挟み、貼り合わせる方法を用いても良い。この方法でも、Ｓｎからなる板状の第１金属層１０とＣｕＮｉ合金からなる板状の第２金属層２０との複合体が基材５０の表面上に形成される。
【００５５】
なお、前述の実施形態では、基材５０は、電子部品の接続端子であるが、これに限るものではない。実施の際は、基材は、例えば電子部品の外部電極、はんだバンプ、ポンプの筐体、タイヤのホイール、水道の蛇口、又は鋼板などであってもよい。
【００５６】
例えば、電子部品の外部電極、はんだバンプ、ポンプの筐体、タイヤのホイール、水道等の蛇口、はんだバンプ、又は鋼板の表面に金属積層体１００を形成した場合、金属積層体１００は、電子部品の外部電極、はんだバンプ、ポンプの筐体、タイヤのホイール、水道の蛇口、はんだバンプ、又は鋼板が腐食することを防止できる。
【００５７】
また、前述の実施形態では、Ｓ４の工程において加熱処理は、複合体に対して加熱温度３５０℃、加熱時間６０秒間で、行っているが、これに限るものではない。実施の際、加熱温度は、基板を溶融しない温度であればよく、第１金属層がＳｎ系合金なら２００〜５００℃、第１金属層がＺｎ系合金なら３５０℃〜７００℃程度が適している。加熱時間は、作成すべき金属間化合物層の厚みに比例して増加するが、数μｍの厚みの金属間化合物層を作成する場合なら、１０秒〜１８０秒程度で可能である。
【００５８】
また、前述の実施形態では、Ｓ４の工程において、第１金属層１０と第２金属層２０との複合体に対して加熱処理のみを行っているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、加熱処理または加圧処理の少なくとも一方の処理を複合体に対して行えばよい。例えば、第１金属層１０と第２金属層２０との複合体に対する加圧処理のみだけでも、金属間化合物層３０を形成することは可能である。
【００５９】
また、前述の実施形態では、基材５０の材料は、Ｃｕからなる単金属を用いているが、これに限るものではない。例えば、基材５０の材料は、Ｆｅからなる単金属、又は、Ｃｕ若しくはＦｅを含む合金等を用いても構わない。
【００６０】
同様に、前述の実施形態では、第１金属層１０は、Ｓｎからなる単金属を用いているが、これに限るものではない。例えば、第１金属層１０は、Ｚｎからなる単金属、又は、Ｓｎ若しくはＺｎを含む合金等を用いても構わない。
【００６１】
また、前述の実施形態では、第２金属層２０は、Ｃｕ１０Ｎｉ合金を用いているが、これに限るものではない。例えば、第２金属層２０は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、若しくはＮｉからなる単金属、又は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、若しくはＮｉのうち少なくとも１つの金属を含む合金等を用いても構わない。
【００６２】
最後に、前述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６３】
１０…第１金属層
１３…分散層
２０…第２金属層
３０…金属間化合物層
５０…基材
１００…金属積層体
２１０…溶融Ｓｎ浴
２１１…容器
２２０…ＣｕＮｉ合金棒
【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９】
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【図７】
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【図８】
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