(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成する第１前処理工程と、
前記第１前処理工程により形成された前記第１粗面体の粗い接合面上に第１メッキ層を形成する第１メッキ層形成工程と、
前記第１メッキ層形成工程により形成された第１メッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す第１平滑加工工程と、
前記第１平滑加工工程により平滑化された第1メッキ層の表面に金からなる第１接合層を形成する第１接合層形成工程と、
第２粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成する第２前処理工程と、
前記第２前処理工程により形成された前記第２粗面体の粗い接合面上に第２メッキ層を形成する第２メッキ層形成工程と、
前記第２メッキ層形成工程により形成された第２メッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す第２平滑加工工程と、
前記第２平滑加工工程により平滑化された第２メッキ層の表面に、スズあるいはシリコンからなる第２接合層を形成する第２接合層形成工程と、
前記第１接合層形成工程により形成された第１接合層の表面と、前記第２接合層形成工程により形成された第２接合層の表面とを互いに加熱圧着することにより、前記第１粗面体と第２粗面体を接合する接合工程とを備えてなる粗面体の接合方法であって、
前記第１メッキ層形成工程は、前記第１粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第１無電解メッキ薄膜を形成する第１無電解メッキ薄膜形成工程と、前記第１無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第１無電解メッキ薄膜上に当該第１無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜を形成する第１電解メッキ薄膜形成工程とを備え、
前記第２メッキ層形成工程は、前記第２粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第２無電解メッキ薄膜を形成する第２無電解メッキ薄膜形成工程と、前記第２無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第２無電解メッキ薄膜上に当該第２無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第２電解メッキ薄膜を形成する第２電解メッキ薄膜形成工程とを備えてなる粗面体の接合方法。
【請求項２】
前記第２接合層形成工程では、電解スズメッキにより前記第２接合層を形成する請求項１に記載の粗面体の接合方法。
【請求項３】
前記第２接合層形成工程では、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法または電子ビーム法で形成されたシリコンにより前記第２接合層を形成する請求項１に記載の粗面体の接合方法。
【請求項４】
前記スパッタリング法は、マグネトロン方式を用いる請求項３に記載の粗面体の接合方法。
【請求項５】
前記第１接合層形成工程では、無電解金メッキによって前記第１接合層を形成する請求項１に記載の粗面体の接合方法。
【請求項６】
前記第１電解メッキ薄膜形成工程及び前記第２電解メッキ薄膜形成工程では、前記第１無電解メッキ薄膜及び前記第２無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより前記第１電解メッキ薄膜及び前記第２電解メッキ薄膜がそれぞれ形成される請求項１に記載の粗面体の接合方法。
【請求項７】
前記第１粗面体及び前記第２粗面体の少なくとも一方は、ＰＺＴからなるセラミック基板である請求項１に記載の粗面体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂、ガラスまたはセラミック等からなり、表面の状態が粗い部材（以下、これを「粗面体」という）を互いに接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂やガラス、セラミック等からなり、表面の状態が粗い部材、即ち、粗面体を相互に接合する方法としては、接着剤を用いる方法が一般的である。即ち、粗面体の接合面に接着剤を塗布または印刷した後、各粗面体の接合面を互いに重ね合わせ、この状態で各粗面体を加熱して接着剤を固化させて接合する。例えば、接着剤としてエポキシ系接着剤を用いる場合であれば、接合を要する部分にその接着剤を塗布した後に各粗面体を仮止めし、１００〜２００℃程度で約１時間程度加熱硬化させる。これにより、各粗面体を相互に強固に接合することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した接合方法は接着剤を使用するため、微細部分への接合を行うためには接着剤層の厚さや量を正確に管理しなければならないといった問題点があった。もし、接着剤の量が不足すると接着不良を生じ、また、接着剤の量が過剰であると接着剤のはみ出し等が生ずる。
【０００４】
また、接着剤の種類によっては、例えば３００℃以上の高温環境下で接着剤層が軟化変質して固着力を低下させるといった問題点があった。
【０００５】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、各粗面体を相互に寸法精度よく強固に接合することができる粗面体の接合方法を提供することを目的としている。
【０００６】
また、高温環境下でも強固な固着力を維持できる粗面体の接合方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明による粗面体の接合方法は、第１粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成する第１前処理工程と、前記第１前処理工程により形成された前記第１粗面体の粗い接合面上に第１メッキ層を形成する第１メッキ層形成工程と、前記第１メッキ層形成工程により形成された第１メッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す第１平滑加工工程と、前記第１平滑加工工程により平滑化された第１メッキ層の表面に金からなる第1接合層を形成する第１接合層形成工程と、第２粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成する第２前処理工程と、前記第２前処理工程により形成された前記第２粗面体の粗い接合面上に第２メッキ層を形成する第２メッキ層形成工程と、前記第２メッキ層形成工程により形成された第２メッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す第２平滑加工工程と、前記第２平滑加工工程により平滑化された第２メッキ層の表面に、スズあるいはシリコンからなる第２接合層を形成する第２接合層形成工程と、前記第１接合層形成工程により形成された第１接合層の表面と、前記第２接合層形成工程により形成された第２接合層の表面とを互いに加熱圧着することにより、前記第１粗面体と第２粗面体を接合する接合工程とを備えてなる粗面体の接合方法であって、前記第１メッキ層形成工程は、前記第１粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第１無電解メッキ薄膜を形成する第１無電解メッキ薄膜形成工程と、前記第１無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第１無電解メッキ薄膜上に当該第１無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜を形成する第１電解メッキ薄膜形成工程とを備え、前記第２メッキ層形成工程は、前記第２粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第２無電解メッキ薄膜を形成する第２無電解メッキ薄膜形成工程と、前記第２無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第２無電解メッキ薄膜上に当該第２無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第２電解メッキ薄膜を形成する第２電解メッキ薄膜形成工程とを備えている。
【０００８】
ここで、粗面体とは、ガラス、樹脂、セラミック等からなり、表面の状態が粗く、凸凹した部材を意味する。このような粗面体が少なくとも２つあり、一方を第１粗面体、他方を第２粗面体とし、第１粗面体と第２粗面体とを相互に接合するときには、第１前処理工程において第１粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成し、第１メッキ層形成工程において第１粗面体の粗い接合面に第１メッキ層を形成し、第１平滑加工工程において第１メッキ層の表面を平滑化する。これにより、第１粗面体の接合面は平滑な面となる。その後、第１接合層形成工程においてメッキ層の平滑な表面に金からなる第１接合層を形成する。
一方、第２前処理工程において第２粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成し、第２メッキ層形成工程において第２粗面体の粗い接合面に第２メッキ層を形成し、第２平滑加工工程において第２メッキ層の表面を平滑化する。これにより、第２粗面体の接合面は平滑な面となる。その後、第２接合層形成工程においてメッキ層の平滑な表面にズズあるいはシリコンからなる第２接合層を形成する。そして、接合工程において、第１接合層形成工程により形成された第１接合層の表面と、第２接合層形成工程により形成された第２接合層の表面とを互いに加熱圧着する。加熱圧着により、金とスズあるいはシリコンは相互に拡散して、互いに強固に密着する。これにより、第１粗面体と第２粗面体とを強固に接合することができる。
【０００９】
また、各メッキ層および各接合層の膜厚は寸法精度よく設定することができるため、各粗面体を寸法精度よく正確に接合することができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、高精度な接合を行うことができる。さらに、接着剤を用いた接合の場合には、接着剤のはみ出しや接着剤の不足により接着不良や寸法誤差が生じるといった問題が生じていたが、メッキ層および接合層を用いた接合の場合には、このような問題は生じないため、各粗面体を相互に高精度に接合することができる。
【００１０】
また、メッキ層および接合層を介して各粗面体を互いに接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
さらに、粗面体が絶縁体である場合には、粗面体の接合面とメッキ層との境界付近においては、無電解メッキによってメッキ薄膜を形成する必要がある。しかしながら、粗面体にメッキ薄膜を形成することにより粗面体の接合面が導体化された後であれば、粗面体の接合面上に電解メッキによってメッキ薄膜を形成することが可能となる。従って、第１無電解メッキ薄膜形成工程において、第1粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第1無電解メッキ薄膜を形成し、その後、第１電解メッキ薄膜形成工程において、第1無電解メッキ薄膜上に電解ニッケルメッキにより第1電解メッキ薄膜を形成する。
電解メッキによって形成された第１電解メッキ薄膜は、無電解メッキによって形成された第１無電解メッキ層と比較して、膜厚を短時間で容易に厚くすることができる。従って、第１メッキ層を第１無電解メッキ層と第１電解メッキ層とにより構成すれば、第１メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。また、第１電解メッキ薄膜を含む第１メッキ層は、無電解メッキのみで形成されたメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、第１粗面体との密着性が良好である。
同様に、電解メッキによって形成された第２電解メッキ薄膜は、無電解メッキによって形成された第２無電解メッキ層と比較して、膜厚を短時間で容易に厚くすることができる。従って、第２メッキ層を第２無電解メッキ層と第２電解メッキ層とにより構成すれば、第２メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。また、第２電解メッキ薄膜を含む第２メッキ層は、無電解メッキのみで形成されたメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、第２粗面体との密着性が良好である。
【００１１】
なお、第１メッキ層形成工程から第１接合層形成工程までの一連の工程と、第２メッキ層形成工程から第２接合層形成工程までの一連の工程の順序は、特に限定されない。例えば、第１メッキ層形成工程から第１接合層形成工程までの一連の工程を行った後に、第２メッキ層形成工程から第２接合層形成工程までの一連の工程を行ってもよい。また、第２メッキ層形成工程から第２接合層形成工程までの一連の工程を行った後、第１メッキ層形成工程から第１接合層形成工程までの一連の工程を行ってもよい。さらに、第１メッキ層形成工程から第１接合層形成工程までの一連の工程と、第２メッキ層形成工程から第２接合層形成工程までの一連の工程を並列して行ってもよい。即ち、接合工程を行う前に、第１粗面体に第１メッキ層と第１接合層を形成し、第２粗面体に第２メッキ層と第２接合層とを形成すればよい。
【００１２】
請求項２の発明による粗面体の接合方法は、第２接合層形成工程において、電解スズメッキにより第２接合層を形成するようにしたものである。
【００１３】
即ち、第２接合層と接合される相手方の第１接合層は金であるため、加熱圧着によって金と強固に接合する性質を有するスズによって第２接合層を形成する。このとき、電解スズメッキによって第２接合層を形成すれば、スズからなる第２接合層を容易に形成することができる。
【００１４】
請求項３の発明による粗面体の接合方法は、第２接合層形成工程において、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法または電子ビーム法で形成されたシリコンにより第２接合層を形成するようにしたものである。
【００１５】
請求項４の発明による粗面体の接合方法は、スパッタリング法にマグネトロン方式を用いるようにしたものである。
即ち、シリコンにより第２接合層を形成するためにマグネトロン方式のスパッタリング法を用いることにより、第２接合層を短時間で形成でき、また第２粗面体の温度が上昇するのを防止できる。
【００１６】
請求項５の発明による粗面体の接合方法は、第１接合層形成工程において、無電解金メッキによって前記第１接合層を形成するようにしたものである。
【００１７】
第１メッキ層をニッケルメッキにより形成した場合には、無電解金メッキによって、第１メッキ層上に金を容易に形成することができる。特に、第１メッキ層形成工程において第１メッキ層を無電解ニッケルメッキのみによって形成し、第１接合層形成工程において接合層を無電解金メッキによって形成すれば、無電解メッキのみを用いて第１メッキ層および第１接合層を形成することができる。従って、無電解メッキを行う設備を設けるだけで、第１メッキ層および第１接合層を形成することができ、作業の簡単化を図ることができると共に、製造コストを減少させることができる。
【００１８】
請求項６の発明による粗面体の接合方法は、第１電解メッキ薄膜形成工程及び第２電解メッキ薄膜形成工程において、第１無電解メッキ薄膜及び第２無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜をそれぞれ形成するようにしたものである。
【００１９】
第１無電解メッキ薄膜及び第２無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜をそれぞれ形成することにより、電流密度の設定を変えるだけで短時間に所定の膜厚の第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜を形成することが可能である。従って、第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜の膜厚を短時間で容易に厚くすることができ、第１メッキ層及び第２メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。
【００２０】
請求項７の発明による粗面体の接合方法は、第１粗面体及び第２粗面体の少なくとも一方をＰＺＴからなるセラミック基板としている。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００３８】
まず、本発明による粗面体の接合方法の第１の実施形態を図１ないし図１２に従って説明する。図１ないし図１２は、本実施形態の粗面体の接合方法を順に示している。
【００３９】
まず、図１および図２は、第１前処理工程における粗面体１１を示している。第１前処理工程では、粗面体１１の少なくとも一面にエッチングを施し、図２に示すように、粗面体１１に接合面１１Ａを形成する。接合面１１Ａは、微視的には、多数の凹凸が存在する粗い状態である。粗面体１１にはアルミナ、ＰＺＴ等のセラミック基板やエポキシ系、アクリル系等の樹脂、またはガラスなどが用いられる。例えばアルミナやＰＺＴ等のセラミック基板を粗面体１１として用いる場合、エッチング液には、フッ酸、ホウフッ酸、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、過酸化水素、過塩素酸等が用いられる。また、これらを２種類以上混合して組成されたエッチング液を使用してもよい。
【００４０】
次に、図３は第１メッキ層形成工程を示している。即ち、第１メッキ層形成工程では、エッチングが施された粗面体１１の接合面１１Ａに無電解ニッケルメッキによってニッケルメッキ層１２を形成する。無電解ニッケルメッキによってニッケルメッキ層１２を形成するためには、まずエッチングされた粗面体１１にセンシタイジングと呼ばれる処理を行う。センシタイジング処理はＳｎ2+を含む塩酸系溶液に粗面体１１を浸漬させる処理である。さらに、水洗後、粗面体１１にアクチベーティングと呼ばれる処理を行う。アクチベーティング処理は、Ｐｄ2+を含む塩酸系溶液に粗面体１１を浸漬させる処理である。そして、水洗後、無電解ニッケルメッキを行う。無電解ニッケルメッキは、通常はニッケル・リン系メッキ液を使用するが、必要に応じてニッケル・ホウ素系メッキ液を用いてもよい。メッキ時間は、約９０℃で数分〜１時間程度行う。例えば、膜厚が約１０μｍのメッキ層を形成する場合、メッキ時間は４０〜５０分程度である。このニッケルメッキ層１２は、後述するように研磨加工の加工しろとなるため、膜厚としては少なくとも３μｍ、好ましくは１０μｍ程度形成する。
【００４１】
次に、図４は第１平滑加工工程を示している。第１平滑加工工程では、ニッケルメッキ層１２の表面（接合面側）を研磨加工して鏡面化する。
【００４２】
次に、図５は第１接合層形成工程を示している。第１接合層形成工程では、鏡面化されたニッケルメッキ層１２上に、接合層としての金メッキ層１３を形成する。金メッキ層１３を形成するのに用いられる金メッキは、電解金メッキでも無電解金メッキでもどちらでも使用することができる。特に、無電解金メッキを使用すると極めて容易に金メッキ層１３を形成することができる。金メッキ層１３の膜厚は０．０５〜０．５μｍ程度である。下地のニッケルメッキ層１２が鏡面加工されているため、金メッキ層１３も鏡面に形成される。
【００４３】
このように、第１前処理工程から第１接合層形成工程までの一連の工程によって、粗面体１１、ニッケルメッキ層１２および金メッキ層１３からなる第１接合部材１０が形成される。
【００４４】
次に、図６および図７は、第２前処理工程における粗面体２１を示している。第２前処理工程では、上述した第１前処理工程と同様に、粗面体２１の少なくとも一面にエッチングを施し、粗面体２１に微視的に多数の凹凸が存在する状態にすることにより、接合面２１Ａを形成する。粗面体２１にはアルミナ、ＰＺＴ等のセラミック基板やエポキシ系、アクリル系等の樹脂、またはガラスなどが用いられる。エッチング液については粗面体１１のエッチングに用いられるものと同様である。
【００４５】
次に、図８は第２メッキ層形成工程を示している。第２メッキ層形成工程では、上述した第１メッキ層形成工程と同様に、エッチングされた粗面体２１にセンシタイジング処理およびアクチベーティング処理を施した後、粗面体２１の接合面２１Ａに無電解ニッケルメッキによってニッケルメッキ層２２を形成する。メッキ時間およびニッケルメッキ層２２の膜厚については粗面体１１にニッケルメッキ層１２を形成する場合と同様である。続いて、図９に示す第２平滑加工工程では、ニッケルメッキ層２２の表面（接合面側）を研磨加工して鏡面化する。
【００４６】
次に、図１０は第２接合層形成工程を示している。第２接合層形成工程では、鏡面化されたニッケルメッキ層２２上に、接合層としてのスズメッキ層２３を形成する。スズメッキ層２３は、電解スズメッキにより形成する。この場合、電解スズメッキ浴には、硫酸塩浴、ホウフッ化物浴、スズ酸塩浴または有機カルボン酸塩浴等を用いる。電解スズメッキ浴として硫酸塩浴を用いる場合には、室温で、電流密度０.５〜５Ａ／ｄｍ2の電流をメッキ層２２に通電させることにより電解を行う。数分〜十数分の電解を行うことにより、膜厚が数μｍ〜十数μｍ程度のスズメッキ層２３を形成することができる。また、下地のニッケルメッキ層２２が鏡面加工されているため、スズメッキ層２３の表面も鏡面に形成される。
【００４７】
このように、第２前処理工程から第２接合層形成工程までの一連の工程によって、粗面体２１、ニッケルメッキ層２２およびスズメッキ層２３からなる第２接合部材２０が形成される。
【００４８】
次に、図１１は接合工程を示している。接合工程では、ニッケルメッキ層１２および金メッキ層１３が形成された粗面体１１（第１接合部材１０）を、ニッケルメッキ層２２およびスズメッキ層２３が形成された粗面体２１（第２接合部材２０）上に、位置合わせしつつ配置し、粗面体１１の金メッキ層１３の接合面と、粗面体２１のスズメッキ層２３の接合面とを互いに当接させ、加熱圧着する。スズ・金２元系合金の共晶温度は約２８０℃であるため、加熱圧着の温度を、その付近の温度２００℃〜４００℃に設定する。これにより、スズおよび金が相互に拡散し、両者は強固に密着接合される。
【００４９】
このようにして、粗面体１１と粗面体２１とがニッケルメッキ層１２、金メッキ層１３、スズメッキ層２３およびニッケルメッキ層２２を介して強固に接合され、図１２に示すような粗面接合体１が形成される。
【００５０】
また、各メッキ層１２，１３，２２，２３の膜厚は、寸法精度よく設定することができるため、粗面体１１と粗面体２１との接合を寸法精度よく正確に行うことができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、粗面体１１と粗面体２１の接合を高精度に行うことができる。また、各メッキ層１２，１３，２２，２３を介して粗面体１１と粗面体２１を接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
【００５１】
次に、本発明による粗面体の接合方法および粗面接合体の第２の実施形態を図１３ないし図１５に従って説明する。本実施形態の特徴は、粗面体２１に接合層としてシリコン層３３を設ける点にある。なお、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５２】
前述した第１の実施形態と同様に、第１前処理工程により粗面体１１の表面を微視的に粗化して接合面１１Ａを形成し、第１メッキ層形成工程により粗面体１１の接合面１１Ａにニッケルメッキ層１２を形成し、第１平滑加工工程によりニッケルメッキ層１２の表面を鏡面化させた後、第１接合層形成工程によりニッケルメッキ層１２上に金メッキ層１３を形成する。これにより、粗面体１１、ニッケルメッキ層１２および金メッキ層１３からなる第１接合部材１０が形成される（図１〜図５参照）。
【００５３】
次に、前述した第１の実施形態と同様に、第２前処理工程により粗面体２１の表面を微視的に粗化して接合面２１Ａを形成し、第２メッキ層形成工程により粗面体２１の接合面２１Ａにニッケルメッキ層２２を形成し、第２平滑加工工程によりニッケルメッキ層２２の表面を鏡面化させる（図６〜図９参照）。
【００５４】
次に、本実施形態では、図１３に示すように、前記第２平滑加工工程に続く第２接合層形成工程において、鏡面化されたニッケルメッキ層２２上に、接合層としてのシリコン層３３を形成する。シリコン層３３はシリコンによって構成され、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法または電子ビーム法により形成することができる。シリコン層３３の膜厚は、約０.１〜１μｍである。
【００５５】
さらに具体的に説明すると、シリコン層３３を直流マグネトロン方式のスパッタリング法を用いて形成する場合には、作業圧力（希ガスの圧力）を１０-2〜１０-1Ｐａに設定する。この場合、シリコン層３３の製膜速度は０.１５〜１.２μｍ／分程度である。一般に、マグネトロン方式のスパッタリング法は、製膜速度が速く、不要な温度上昇を抑えることができるという利点がある。従って、シリコン層３３の形成にマグネトロン方式のスパッタリング法を用いることにより、シリコン層３３を短時間で形成でき、また、粗面体２１の温度が上昇するのを防止できる。また、下地のニッケルメッキ層２２が鏡面加工されているため、シリコン層３３の表面も鏡面に形成される。
【００５６】
このように、第２前処理工程から第２接合層形成工程までの一連の工程によって、粗面体２１、ニッケルメッキ層２２およびシリコン層３３からなる第２接合部材３０が形成される。
【００５７】
次に、図１４は本実施形態における接合工程を示している。接合工程では、ニッケルメッキ層１２および金メッキ層１３が形成された粗面体１１（第１接合部材１０）を、ニッケルメッキ層２２およびシリコン層３３が形成された粗面体２１（第２接合部材３０）上に、位置合わせしつつ配置し、粗面体１１の金メッキ層１３の接合面と、粗面体２１のシリコン層３３の接合面とを互いに当接させ、加熱圧着する。シリコン・金２元系合金の共晶温度は約４５０℃であるため、加熱圧着の温度を、その付近の温度４００℃〜６００℃に設定する。これにより、シリコンおよび金が相互に拡散し、両者は強固に密着接合される。
【００５８】
このようにして、粗面体１１と粗面体２１とがニッケルメッキ層１２、金メッキ層１３、シリコン層３３およびニッケルメッキ層２２を介して強固に接合され、図１５に示すような粗面接合体２が形成される。
【００５９】
また、前述した第１の実施形態と同様に、各メッキ層１２，１３，２２，３３の膜厚は寸法精度よく設定することができるため、粗面体１１と粗面体２１との接合を寸法精度よく正確に行うことができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、粗面体１１と粗面体２１の接合を高精度に行うことができる。また、各メッキ層１２，１３，２２，３３を介して粗面体１１と粗面体２１を接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
【００６０】
次に、本発明によるシリコンの接合方法およびシリコン接合体の第３の実施形態を図１６ないし図２４に従って説明する。本実施形態の特徴は、第１および第２メッキ層形成工程において、無電解ニッケルメッキと電解ニッケルメッキとを併用してメッキ層を形成したことにある。なお、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６１】
まず、図１６および図１７に示す第１前処理工程では、粗面体１１の少なくとも一面にエッチングを施し、粗面体１１に接合面１１Ａを形成する。接合面１１Ａは巨視的には粗面体１１の表面に伴った起伏を呈するが、微視的には、多数の凹凸が存在する粗い状態である。
【００６２】
次に、図１８および図１９は、第１メッキ層形成工程を示しており、メッキ層形成工程では、無電解ニッケルメッキと電解ニッケルメッキとを併用してニッケルメッキ層４２を形成する。即ち、まず、図１８に示すように、エッチングされた粗面体１１をセンシタイジング処理及びアクチベーティング処理し、無電解ニッケルメッキを行う。これにより、メッキ薄膜４２Ａが粗面体１１の接合面１１Ａ上に形成される。このとき、無電解ニッケルメッキのメッキ時間は数分で、膜厚は０．１〜１μｍ程度である。この第１メッキ薄膜４２Ａが形成されることにより粗面体１１の接合面１１Ａは導体化される。
【００６３】
次に、メッキ薄膜４２Ａに通電用のメッキリードを取り付けた後、電解ニッケルメッキを行い、図１９に示すようにメッキ薄膜４２Ｂを形成する。電解ニッケルメッキ浴には、メッキ応力の低いスルファミン酸ニッケル浴を用いてもよく、または安価なワット浴を用いてもよい。電流密度０．１〜１０Ａ／ｄｍ2で数分〜１時間程度メッキを行う。無電解ニッケルメッキによって形成されたメッキ薄膜４２Ａと電解ニッケルメッキによって形成されたメッキ薄膜４２Ｂからなるニッケルメッキ層４２は、無電解メッキのみで形成されたニッケルメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、粗面体１１の接合面１１Ａとの密着性が良好である。さらに、電解メッキでは電流密度の設定を変えるだけで短時間に所定の膜厚のメッキ薄膜を形成することが可能である。従って、メッキ薄膜４２Ｂの膜厚を短時間で容易に厚くすることができ、ニッケルメッキ層４２の膜厚を容易に厚くすることができる。
【００６４】
次に、前述した第１の実施形態と同様に、第１平滑加工工程において、メッキ薄膜４２Ｂの表面を鏡面化し（図２０）、接合層形成工程において鏡面化されたメッキ薄膜４２Ｂ上に金メッキ層１３を形成する（図２１）。これにより、粗面体１１、ニッケルメッキ層４２および金メッキ層１３からなる第１接合部材４０が形成される。
【００６５】
一方、第２前処理工程、第２メッキ層形成工程、第２平滑加工工程および第２接合層形成工程を行い、図２２に示すように、粗面体２１、ニッケルメッキ層５２およびスズメッキ層２３とからなる第２接合部材５０を形成する。第２接合部材５０のニッケルメッキ層５２は、上述した第１接合部材４０のニッケルメッキ層４２と同様に形成されている。即ち、ニッケルメッキ層５２は、第２メッキ層形成工程において、粗面体２１の接合面２１Ａ上に無電解ニッケルメッキによってメッキ薄膜５２Ａを形成し、このメッキ薄膜５２Ａ上に電解ニッケルメッキによってメッキ薄膜５２Ｂを形成することにより構成されている。なお、第２接合部材５０を、粗面体２１、ニッケルメッキ層５２およびシリコン層３３とから構成してもよい。
【００６６】
次に、図２３は接合工程を示している。接合工程では、ニッケルメッキ層４２および金メッキ層１３が形成された粗面体１１（第１接合部材４０）を、ニッケルメッキ層５２およびスズメッキ層２３が形成された粗面体２１（第２接合部材５０）上に、位置合わせしつつ配置し、粗面体１１の金メッキ層１３の接合面と、粗面体２１のスズメッキ層２３の接合面とを互いに当接させ、上述した第１の実施形態と同様の条件で加熱圧着する。これにより、金メッキ層１３とスズメッキ層２３が強固に接合される。
【００６７】
このようにして、粗面体１１と粗面体２１とがニッケルメッキ層４２、金メッキ層１３、スズメッキ層２３およびニッケルメッキ層５２を介して強固に接合され、図２４に示すような粗面接合体３が形成される。
【００６８】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態では、ニッケルメッキ層１２（２２，４２，５２）を形成するために無電解もしくは電解ニッケルメッキを用いていたが、ニッケルメッキに限らず、例えば銅メッキ、クロムメッキ等を用いてメッキ層を形成してもよい。また、上記各実施形態では、金メッキ層１３を金メッキにより形成したが、金からなる接合層を蒸着により形成してもよい。
【００６９】
また、エッチングされた粗面体１１（２１）に無電解ニッケルメッキを行う前に、センシタイジング処理とアクチベーティング処理を行う場合を例に挙げたが、その他にも、Ｐｄ2+・Ｓｎ2+コロイド含有塩酸系溶液を使用するキャタリスト法を用いることもできる。さらに、エッチングされた粗面体１１（２１）上にニッケルやクロム等を真空蒸着またはスパッタして導体化し、その上にニッケルメッキ層１２（２２，４２，５２）を形成する方法も適用可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、請求項１の発明による粗面体の接合方法によれば、第１粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成する第１前処理工程と、前記第１前処理工程により形成された前記第１粗面体の粗い接合面上に第１メッキ層を形成する第１メッキ層形成工程と、第１メッキ層形成工程により形成された第１メッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す第１平滑加工工程と、第１平滑加工工程により平滑化された第１メッキ層の表面に金からなる第1接合層を形成する第１接合層形成工程と、第２粗面体の少なくとも一面にエッチングを施して表面の状態が粗い接合面を形成する第２前処理工程と、前記第２前処理工程により形成された前記第２粗面体の粗い接合面上に第２メッキ層を形成する第２メッキ層形成工程と、第２メッキ層形成工程により形成された第２メッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す第２平滑加工工程と、第２平滑加工工程により平滑化された第２メッキ層の表面に、スズあるいはシリコンからなる第２接合層を形成する第２接合層形成工程と、第１接合層形成工程により形成された第１接合層の表面と、第２接合層形成工程により形成された第２接合層の表面とを互いに加熱圧着することにより、第１粗面体と第２粗面体を接合する接合工程とを備えてなる粗面体の接合方法であって、第１メッキ層形成工程は、第１粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第１無電解メッキ薄膜を形成する第１無電解メッキ薄膜形成工程と、第１無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第１無電解メッキ薄膜上に当該第１無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜を形成する第１電解メッキ薄膜形成工程とを備え、第２メッキ層形成工程は、第２粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第２無電解メッキ薄膜を形成する第２無電解メッキ薄膜形成工程と、第２無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第２無電解メッキ薄膜上に当該第２無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第２電解メッキ薄膜を形成する第２電解メッキ薄膜形成工程とを備える構成としたから、各粗面体を寸法精度よく強固に接合することができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、高精度な接合を行うことができる。さらに、接着剤を用いた接合の場合には、接着剤のはみ出しや接着剤の不足により接着不良や寸法誤差が生じるといった問題が生じていたが、メッキ層および接合層を用いた接合の場合には、このような問題は生じないため、各粗面体を相互に高精度に接合することができる。
【００７１】
また、メッキ層および接合層を介して各粗面体を互いに接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
第１メッキ層形成工程において、第１粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第１無電解メッキ薄膜を形成する第１無電解メッキ薄膜形成工程と、第１無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第１無電解メッキ薄膜上に当該第１無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜を形成する第１電解メッキ薄膜形成工程とを備える構成としたから、第１メッキ層の膜厚を短時間で容易に厚くすることができる。また、第１電解メッキ薄膜を含む第１メッキ層は、無電解メッキのみで形成されたメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、第１粗面体との密着性が良好である。
さらに、第２メッキ層形成工程において、第２粗面体の接合面に無電解ニッケルメッキにより第２無電解メッキ薄膜を形成する第２無電解メッキ薄膜形成工程と、第２無電解メッキ薄膜形成工程により形成された第２無電解メッキ薄膜上に当該第２無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより第２電解メッキ薄膜を形成する第２電解メッキ薄膜形成工程とを備える構成としたから、同様に、第２メッキ層の膜厚を短時間で容易に厚くすることができる。また、第２電解メッキ薄膜を含む第２メッキ層は、無電解メッキのみで形成されたメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、第２粗面体との密着性が良好である。
【００７２】
請求項２の発明による粗面体の接合方法によれば、第２接合層形成工程において、電解スズメッキにより第２接合層を形成したから、第２接合層を容易に形成することができる。
【００７３】
請求項４の発明による粗面体の接合方法によれば、シリコンにより第２接合層を形成するためにマグネトロン方式のスパッタリング法を用いたから、第２接合層を短時間で形成でき、また第２粗面体の温度が上昇するのを防止できる。
【００７４】
請求項５の発明による粗面体の接合方法によれば、第1接合層形成工程において、無電解金メッキによって第１接合層を形成したから、第１メッキ層をニッケルメッキにより形成した場合には、無電解金メッキによって、第１メッキ層上に金を容易に形成することができる。特に、第１メッキ層形成工程において第１メッキ層を無電解ニッケルメッキのみによって形成し、第１接合層形成工程において接合層を無電解金メッキによって形成すれば、無電解メッキのみを用いて第１メッキ層および第１接合層を形成することができる。従って、無電解メッキを行う設備を設けるだけで、第１メッキ層および第１接合層を形成することができ、作業の簡単化を図ることができると共に、製造コストを減少させることができる。
【００７５】
請求項６の発明による粗面体の接合方法によれば、第１電解メッキ薄膜形成工程及び第２電解メッキ薄膜形成工程において、第１無電解メッキ薄膜及び第２無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜をそれぞれ形成することにより、電流密度の設定を変えるだけで短時間に所定の膜厚の第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜を形成することが可能である。従って、第１電解メッキ薄膜及び第２電解メッキ薄膜の膜厚を短時間で容易に厚くすることができ、第１メッキ層及び第２メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【００８２】
【００８３】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態における一方の粗面体の加工前の状態を示す断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施形態による第１前処理工程において粗面体に接合面を形成した状態を示す断面図である。
【図３】  本発明の第１の実施形態による第１メッキ層形成工程において粗面体上にニッケルメッキ層を形成した状態を示す断面図である。
【図４】  本発明の第１の実施形態による第１平滑加工工程においてニッケルメッキ層の表面を鏡面化した状態を示す断面図である。
【図５】  本発明の第１の実施形態による第１接合層形成工程においてニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成した状態を示す断面図である。
【図６】  本発明の第１の実施形態による他方の粗面体の加工前の状態を示す断面図である。
【図７】  本発明の第１の実施形態による第２前処理工程において粗面体に接合面を形成した状態を示す断面図である。
【図８】  本発明の第１の実施形態による第２メッキ層形成工程において粗面体上にニッケルメッキ層を形成した状態を示す断面図である。
【図９】  本発明の第１の実施形態による第２平滑加工工程においてニッケルメッキ層の表面を鏡面化した状態を示す断面図である。
【図１０】  本発明の第１の実施形態による第２接合層形成工程においてニッケルメッキ層上にスズメッキ層を形成した状態を示す断面図である。
【図１１】  本発明の第１の実施形態による接合工程において各粗面体を互いに接合する状態を示す断面図である。
【図１２】  本発明の第１の実施形態による粗面接合体を示す断面図である。
【図１３】  本発明の第２の実施形態においてニッケルメッキ層およびシリコン層が形成された粗面体を示す断面図である。
【図１４】  本発明の第２の実施形態による接合工程において各粗面体を互いに接合する状態を示す断面図である。
【図１５】  本発明の第２の実施形態による粗面接合体を示す断面図である。
【図１６】  本発明の第３の実施形態において粗面体の加工前の状態を示す断面図である。
【図１７】  本発明の第３の実施形態による第１前処理工程において粗面体に接合面を形成した状態を示す断面図である。
【図１８】  本発明の第３の実施形態による第１メッキ層形成工程において粗面体上に無電解ニッケルメッキによってメッキ薄膜を形成した状態を示す断面図である。
【図１９】  本発明の第３の実施形態による第１メッキ層形成工程においてメッキ薄膜上にさらに電解ニッケルメッキによってメッキ薄膜を形成した状態を示す断面図である。
【図２０】  本発明の第３の実施形態による第１平滑加工工程においてニッケルメッキ層の表面を鏡面化した状態を示す断面図である。
【図２１】  本発明の第３の実施形態による第１接合面形成工程においてニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成した状態を示す断面図である。
【図２２】  本発明の第３の実施形態においてニッケルメッキ層およびスズメッキ層が形成された粗面体を示す断面図である。
【図２３】  本発明の第３の実施形態による接合工程において各粗面体を互いに接合する状態を示す断面図である。
【図２４】  本発明の第３の実施形態による粗面接合体を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２，３  粗面接合体
１０，２０，３０，４０，５０  接合部材
１１，２１  粗面体
１１Ａ，２１Ａ  接合面
１２，２２，４２，５２  ニッケルメッキ層（メッキ層）
１３  金メッキ層（接合層）
２３  スズメッキ層（接合層）
３３  シリコン層（接合層）
４２Ａ，５２Ａ  メッキ薄膜（無電解メッキ薄膜）
４２Ｂ，５２Ｂ  メッキ薄膜（電解メッキ薄膜）
【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】
0003932645.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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