JPH04305363A - 線膨張係数が小さい材料と銅との接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリングターゲッ
ト又はＸ線発生用ターゲット等に使用されその線膨張係
数が銅の線膨張係数より小さい材料からなる第１の部材
と、銅からなる第２の部材との接合体を得る線膨張係数
が小さい材料と銅との接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】線膨張係数が銅の線膨張係数より小さい
材料からなる第１の部材と、銅からなる第２の部材とを
接合する場合、第１及び第２の部材の相互間の線膨張係
数差により相対的な寸法差が生じる。これにより、得ら
れる接合体が著しく変形したものとなりやすく、更にこ
の変形に伴って第１の部材と第２の部材との接合界面に
残留応力が生じ、その接合部が剥離するという不都合が
発生する。

【０００３】そこで、上述の不都合を防止するために、
有機系接着剤又はインジウムろう材を使用して、第１の
部材と第２の部材との接合が行われている。また、高温
でも優れた接合強度を期待できる硬ろう材を使用する場
合には、特開昭６３−１６５１３２号に示すように、そ
の線膨張係数が銅の線膨張係数より小さい材料（例えば
、黒鉛）からなる第１の部材と銅からなる第２の部材と
の間に、特殊な性質を有する２枚のインサート材及び３
枚の硬ろう材を挟む必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の線膨張係数が小さい材料と銅との接合方法にお
いては、以下に示す問題点がある。

【０００５】先ず、有機系接着剤又はインジウムろう材
等を使用した場合、線膨張係数が小さい材料からなる第
１の部材と銅からなる第２の部材との間の接合強度が低
いと共に、耐熱性が不十分である。

【０００６】また、硬ろう材を使用した場合、接合強度
及び耐熱性は優れているものの、特殊なインサート材を
使用し、このインサート材と硬ろう材とを複雑に組み合
わせる必要があるため、その処理コストが極めて高くな
ると共に、インサート材及び硬ろう材の選択範囲が狭く
、工業的に実用性が低い。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、優れた接合強度を得ることができると共に
、処理コストが低い線膨張係数が小さい材料と銅との接
合方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る線膨張係数
が小さい材料と銅との接合方法は、その線膨張係数が銅
の線膨張係数より小さい材料からなる第１の部材と銅か
らなる第２の部材とをろう材を介して接合する方法にお
いて、０．００２乃至１．０ｋｇｆ／ｃｍ２　の加圧力
で前記第１及び前記第２の部材を相互に加圧しつつ前記
ろう材を溶融させた後、冷却し、この冷却時には（前記
ろう材の固相線温度−５０℃）乃至（前記ろう材の液相
線温度＋５０℃）の温度範囲内の所定の温度に降温した
後５ｋｇｆ／ｃｍ２　以上の加圧力で前記第１及び前記
第２の部材を相互に加圧すると共に、６００℃から３０
０℃までの降温時の平均冷却速度を１０乃至１００℃／
時にすることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本願発明者等は、インサート材を使用しないで
、ろう材のみを使用して、その線膨張係数が銅の線膨張
係数よりも小さい材料からなる第１の部材と銅からなる
第２の部材とを接合する方法について種々実験を行った
。本発明はこの実験結果に基づいてなされたものである
。

【００１０】即ち、本発明においては、図１に例示して
示すように、線膨張係数が小さい材料からなる第１の部
材１と銅からなる第２の部材２との間にろう材３を挟み
、これらを炉中にて加熱して、第１の部材１と第２の部
材２とを接合するに際し、加圧条件及び冷却条件を適切
なものにすることにより、双方の線膨張係数の差に起因
して接合体に生じる変形を防止でき、優れた接合強度を
得ることができる。また、この場合、ろう材３としては
、液相線温度が例えば６００℃以上の硬ろう材等を使用
することができるので、耐熱性も優れている。更に、イ
ンサート材が不要であるため、接合時の処理コストが従
来に比して極めて低い。

【００１１】次に、接合時の温度に対する加圧条件及び
冷却条件について説明する。

【００１２】先ず、所定の加圧力ＰＢ　で第１の部材１
と第２の部材２とを相互に加圧しつつ、ろう材３を所定
の接合温度ＴＢ　に加熱して溶融させる。この場合に、
接合温度ＴＢ　は使用するろう材３の液相線温度以上に
し、ろう材３の溶融時に第１及び第２の部材１，２間に
０．００２乃至１．０ｋｇｆ／ｃｍ２　の加圧力ＰＢ　
を加える。 この加圧力ＰＢ　が０．００２ｋｇｆ／ｃｍ２　未満で
あると、ろう材３が液相状態になった時点で接合部に残
存する気孔を外部に押し出そうとする駆動力が不十分に
なるため、ろう材３中にボイドが発生しやすくなる。そ
して、ろう材３中にボイドが発生すると、接合部の強度
が低下する。一方、ろう材３の溶融時の加圧力ＰＢ　が
１．０ｋｇｆ／ｃｍ２　を超えると、ろう材３が液相状
態になった時点で溶融したろう材３が接合界面から流れ
出てしまい、健全な接合部を得ることができない。この
ため、ろう材３の溶融時の加圧力ＰＢ　は０．００２乃
至１．０ｋｇｆ／ｃｍ２　にする。

【００１３】次に、ろう材３の溶融後の冷却時には、（
ろう材３の固相線温度−５０℃）乃至（ろう材３の液相
線温度＋５０℃）の温度範囲内の所定の温度ＴＣ　に降
温した後、加圧力ＰＣ　を５ｋｇｆ／ｃｍ２　以上に高
めて第１及び第２の部材１，２を相互に加圧する。これ
により、接合部のろう材３を健全なものにすることがで
きると共に、銅からなる第２の部材２にクリープ変形及
び塑性変形を生じさせることができる。例えば、図２に
示すＣ板材４とＣｕ板材５との接合時に、これらを相互
に加圧しないと、Ｃ板材４及びＣｕ板材５の相互間の線
膨張係数差により相対的な寸法差が生じ、図３に示すよ
うに、接合体がＣｕ板材５側に湾曲する。しかし、Ｃ板
材４とＣｕ板材５とを相互に加圧すると、図４に示すよ
うに、Ｃｕ板材５にクリープ変形及び塑性変形が生じ、
双方の線膨張係数差による収縮量差を吸収することがで
きる。従って、得られる接合体が変形することを防止で
きる。

【００１４】しかしながら、温度ＴＣ　が（ろう材３の
固相線温度−５０℃）未満である場合は、既に接合体の
変形が始まっているため、加圧により接合部に大きな変
形力が負荷され、ろう材３に剥離が生じる。一方、温度
ＴＣ　が（ろう材３の液相線温度＋５０℃）を超える場
合には、溶融したろう材３が接合界面から流れ出てしま
い、健全な接合部を得ることが困難である。このため、
温度ＴＣ　の温度範囲は（ろう材３の固相線温度−５０
℃）乃至（ろう材３の液相線温度＋５０℃）にする。

【００１５】また、加圧力ＰＣ　が５ｋｇｆ／ｃｍ２　
未満であると、銅からなる第２の部材２にクリープ変形
及び塑性変形を生じさせることが困難であるため、得ら
れる接合体の変形量が大きくなってしまう。このため、
冷却時の加圧力ＰＣ　は５ｋｇｆ／ｃｍ２　以上にする
。

【００１６】次に、冷却過程において、６００℃から３
００℃まで降温する間の平均冷却速度が１０℃／時未満
であると、銅の結晶粒度が大きくなり、銅からなる第２
の部材２の耐蝕性が低下する。一方、平均冷却速度が１
００℃／時を超えると、第２の部材２にクリープ変形及
び塑性変形が生じにくくなり、得られる接合体の変形量
が大きくなってしまう。このため、６００℃から３００
℃までの降温時の平均冷却速度は１０乃至１００℃／時
にする。

【００１７】なお、本発明においては第１及び第２の部
材１，２を相互に加圧する加圧力は、本願の特許請求範
囲に規定するものであれば、一定に保持する必要はない
。

【００１８】また、第１の部材１を構成する材料として
は、その線膨張係数が銅の線膨張係数より小さいもので
あれば、特に限定されることはない。例えば、スパッタ
リングターゲットに使用されるＣｒ及びＴａ等がある。 また、耐摩耗性、耐蝕性及び気密性等を必要とする製品
に使用される超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）、Ａｌ２　Ｏ３　
、ＳｉＣ及びＳｉ３　Ｎ４　等がある。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００２０】図５は本発明の実施例に係る線膨張係数が
小さい材料と銅との接合方法の処理時間と温度及び加圧
力との関係を示すグラフ図、図６は接合用の試験体を示
す断面図である。

【００２１】先ず、図６に示すように、長さが１９５ｍ
ｍ、厚さが８ｍｍのカーボン板１１と無酸素銅板１２と
の間に、厚さが１００μｍのＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう
材１３をその縁部に挟み込んで試験体とした。なお、カ
ーボンはその線膨張係数が約３×１０−６／℃であって
銅の線膨張係数より小さい。次に、この試験体を加熱す
ることによりカーボン板１１と無酸素銅板１２とを接合
した。この場合、接合は真空中で行い、接合温度ＴＢ　
を８６０℃とし、接合時間ｔＢ　を３０分とし、ろう材
の溶融時の加圧力ＰＢ　、冷却時の加圧開始温度ＴＣ　
、冷却時の加圧力ＰＣ　及び冷却速度は下記表１に示す
ものとした。

【００２２】また、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材１３は
、示差熱分析の結果より、その固相線温度が７７０℃で
あり、その液相線温度が７８０℃であった。即ち、ろう
材１３の固相線温度−５０℃は７２０℃であり、ろう材
１３の液相線温度＋５０℃は８３０℃である。

【００２３】このようにして得た実施例１乃至６及び比
較例１乃至７に係る接合体について、その変形量Ｘを測
定し、その接合部の状態を観察し、更にせん断試験を行
った。その結果を下記表２に示す。

【００２４】なお、接合体の変形量Ｘとは、図７に示す
ように、カーボン板１１及び無酸素銅板１２の相互間の
線膨張係数差により生じた湾曲幅を示す。

【００２５】この表１及び表２から明らかなように、実
施例１乃至６に係る接合体は変形量Ｘが１．３ｍｍ以下
と少ないと共に、せん断強さが２．８ｋｇｆ／ｃｍ２　
以上であり、接合部が破断することはなく、接合強度が
極めて優れていた。

【００２６】一方、ろう材１３の溶融時の加圧力ＰＢ　
が０．００１ｋｇｆ／ｃｍ２　と小さい比較例１に係る
接合体は、接合部にボイドが発生したため、接合強度が
低いものであった。加圧力ＰＢ　が２．０ｋｇｆ／ｃｍ
２　と大きい比較例２に係る接合体は、溶融したろう材
１３が流れ出したため、接合部のろう材１３が不十分に
なり、接合強度が低いものであった。

【００２７】また、冷却時の加圧開始温度ＴＣ　が８４
０℃と高い比較例３に係る接合体は、溶融したろう材１
３が流れ出したため、接合部のろう材１３が不十分にな
り、接合強度が低いものであった。温度ＴＣ　が７１０
℃と低い比較例４に係る接合体は、ろう材１３に剥離が
発生したため、接合強度が低いものであった。

【００２８】更に、冷却時の加圧力ＰＣ　が２ｋｇｆ／
ｃｍ２と小さい比較例５に係る接合体は、冷却時に著し
く変形し、接合部の一部に剥離が生じた。

【００２９】更にまた、冷却速度が１５０℃／時と速い
比較例６に係る接合体は、無酸素銅板１２にクリープ変
形及び塑性変形が生じにくいため、変形量Ｘが４．５ｍ
ｍと大きなものであった。冷却速度が８℃／時と遅い比
較例７に係る接合体は、無酸素銅板１２中のＣｕの結晶
粒が粗大化し、耐蝕性等が悪いものであった。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、そ
の線膨張係数が銅の線膨張係数より小さい材料からなる
第１の部材と、銅からなる第２の部材とをろう材を介し
て接合する場合に、加圧条件及び冷却条件を適切なもの
にするから、双方の線膨張係数の差に起因して接合体に
生じる変形を防止でき、優れた接合強度を得ることがで
きる。また、ろう材には液相線温度が高い硬ろう材等を
使用することができるので、耐熱性も優れている。更に
、インサート材が不要であるため、接合時の処理コスト
が従来に比して極めて低い。

【図面の簡単な説明】

【図１】接合体を示す断面図である。

【図２】接合体を示す模式図である。

【図３】接合時に接合体に生じる変形を示す模式図であ
る。

【図４】接合時に加圧により接合体に生じるクリープ変
形及び塑性変形を示す模式図である

【図５】本発明の実施例に係る線膨張係数が小さい材料
と銅との接合方法の処理時間と温度及び加圧力との関係
を示すグラフ図である。

【図６】接合用の試験体を示す断面図である。

【図７】接合体の変形量を示す断面図である。

【符号の説明】

１１；カーボン板 １２；無酸素銅板 １３；ろう材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　その線膨張係数が銅の線膨張係数より
   小さい材料からなる第１の部材と銅からなる第２の部材
   とをろう材を介して接合する方法において、０．００２
   乃至１．０ｋｇｆ／ｃｍ２　の加圧力で前記第１及び前
   記第２の部材を相互に加圧しつつ前記ろう材を溶融させ
   た後、冷却し、この冷却時には（前記ろう材の固相線温
   度−５０℃）乃至（前記ろう材の液相線温度＋５０℃）
   の温度範囲内の所定の温度に降温した後５ｋｇｆ／ｃｍ
   ２　以上の加圧力で前記第１及び前記第２の部材を相互
   に加圧すると共に、６００℃から３００℃までの降温時
   の平均冷却速度を１０乃至１００℃／時にすることを特
   徴とする線膨張係数が小さい材料と銅との接合方法。