JPH06286148A - インクジェットプリントヘッドの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被接合物に大きな熱的ダメージを与えること
なく耐食性に優れた接合部を得る方法を提供する。 【構成】 厚さ１０ミクロン〜５０ミクロンのＳＵＳ３
０４板及びＮｉの薄板の板の組み合わせからなる被接合
物を、Ａｕ、Ｓｎ及びＡｕの３層のメタライズ層からな
る接合層を用いて、真空中でアルゴンアトムビームで清
浄化し、その後大気中にて位置合わせ及び位置固定を行
い、次に真空中あるいは不活性ガス中にて加圧加熱接合
する。 【効果】 ＳＵＳ３０４板及び電鋳Ｎｉ板に熱的ダメー
ジを与えず耐食性に優れた接合を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリント
ヘッドを構成する合金部材同志を接合するインクジェッ
トプリントヘッドの接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリントヘッドでは、微
細な３次元のインク流路を形成するために、エッチング
や電鋳などの技法を用いて微細な２次元パターンを形成
した金属板を積層して接合する必要があり、はんだ接合
やろう付けが多く用いられている。なお、特開平２−１
０７４５１号及び特開平３−１４２２４８号公報にはＡ
ｕ−Ｎｉ系合金及びＰｂ−Ｓｎ系合金を用いてろう付け
及びはんだ付けを行う方法が開示されている。従来この
種のはんだ接合及びろう付けでは、はんだあるいはろう
材層を単一の層としてめっきあるいは蒸着によって形成
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】インクジェットプリン
タに用いられるインクは腐食性を有することが多く、構
成部品及び接合部にはインクに対する耐食性が要求され
る。上記従来技術において、Ｎｉ−Ａｕ系合金を用いた
ろう付けの場合には、接合部の耐食性は高いが接合温度
が高く被接合物に与える熱的ダメージが大きいという問
題があった。またＰｂ−Ｓｎ系合金を用いたはんだ付け
の場合には、接合温度は低いが耐食性が低いという問題
があった。

【０００４】本発明の目的は、被接合物に大きな熱的ダ
メージを与えることなく耐食性に優れた接合部を得るイ
ンクジェットプリントヘッドの接合方法及び接合装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、ＳｎをＡｕでサンドイッチした三層構造のメ
タライズ層を接合層として用いる。Ａｕ−Ｓｎ合金の接
合層を単一の合金層として接合面上に形成する技術は確
立されておらず、接合層の組成を精度よくコントロール
するのは極めて困難であり、実用的でない。Ａｕ−Ｓｎ
合金箔を接合部に挿入する方法は、Ａｕ−Ｓｎ合金が極
めてもろく、難加工材であることから実用的とはいえな
い。

【０００６】本発明では、合金部材側から第１メタライ
ズ層としてＡｕ、第２メタライズ層としてＳｎ、第３メ
タライズ層としてＡｕの順に全体でのＳｎ含有率が２０
ｍａｓｓ％を超え４０ｍａｓｓ％未満となるようにそれ
ぞれの厚さを調整した全体の厚さが３μｍ以上の３層の
メタライズ層（以下接合層と称する）を形成し、接合面
をＡｒビームにて活性化した後、大気中にて位置合わせ
して密着させ、その後真空中あるいは不活性ガス中にて
加熱するものである。

【０００７】また第１、第２及び第３メタライズ層の厚
さを接合層全体でのＳｎ含有率が２０ｍａｓｓ％を超え
４０ｍａｓｓ％未満となるよう調整しつつ、第１メタラ
イズ層の厚さを１μｍ以上、全体の厚さが３μｍ以上の
接合層を前記合金部材の第１及び第２面の上に形成して
接合に供するものである。

【０００８】また第１、第２及び第３メタライズ層の厚
さを接合層全体でのＳｎ含有率が２０ｍａｓｓ％を超え
４０ｍａｓｓ％未満となるよう調整しつつ、第１メタラ
イズ層と第３メタライズ層との厚さを同一とし、全体の
厚さが３μｍ以上の接合層を前記合金部材の第１あるい
は第２面のうちのいずれか一方の上に形成して接合に供
するものである。

【０００９】更に、加熱に際しては接合面を位置合わせ
した後、真空中あるいは不活性ガス中にて加熱する前に
抵抗溶接あるいは機械的締結を利用して固定された被接
合物に対して予め所定温度に加熱保持された治具を押し
当てて加熱し、被接合物が所定温度に到達後、不活性ガ
スを被接合物に吹き付けて冷却するものである。

【００１０】

【作用】Ａｕ、Ｓｎ及びＡｕの３層のメタライズからな
る接合層は、接合加熱時に５５３Ｋ以上に加熱すること
によりＳｎが溶融し、Ａｕと相互拡散してＡｕ−Ｓｎ合
金の融液層を形成する。この時Ｓｎが合金部材にも拡散
して化合物を形成することにより、接合層中のＳｎ濃度
が減少して接合層の融点を変化させる。本発明による３
層メタライズからなる接合層によれば、ＡｕがＳｎの拡
散に対してバリア層となり、合金部材とＳｎとの化合物
形成を抑制する。この作用により接合層中のＳｎ濃度の
変化が低く抑えられ、結果として接合層の融点の変化も
低く抑えられる。本発明によれば第１メタライズ層とし
てのＡｕの厚さを１μｍ以上とすることにより、拡散に
よるＳｎの濃度変化を十分に低く抑えることができる。
第１メタライズ層としてのＡｕの厚さが１μｍ未満の場
合には、ＳｎとＡｕとの拡散により短時間のうちにＡｕ
が溶融し、バリア層としての機能を失う。

【００１１】Ｓｎ含有量が２０ｍａｓｓ％Ｓｎ以下の接
合層は、前述の通り加熱接合中の化合物形成に起因して
接合層中のＳｎ濃度が低下することにより、接合層融点
が顕著に上昇する。その結果、接合部に十分な融液が生
じる前にはんだが凝固して、接合部の密着が不完全とな
る。しかし本発明によるＳｎ含有量が２０ｍａｓｓ％を
超え４０ｍａｓｓ％未満の接合層を用いれば、加熱接合
中の化合物形成に起因する接合層中のＳｎ濃度が低下す
ることにより接合層融点が低下し、接合部に十分な融液
が生じて接合部の密着性を向上させる。

【００１２】真空中で接合面にＡｒビームを照射するこ
とによって、接合表面に付着している油脂や水分、酸化
皮膜などが取り除かれる。それによって接合表面は接合
性の高い活性な面となり、接合性が向上する。大気中で
の位置合わせは真空中での位置合わせよりも容易であ
り、位置合わせに必要な時間の短縮が図れる。真空中あ
るいは不活性ガス中で加熱加圧することにより、活性化
された接合面が再汚染されることがないので接合性が向
上する。接合面を位置合わせした後、真空中あるいは不
活性ガス中にて加熱加圧する前にスポット溶接あるいは
機械的締結を利用して被接合物を固定することにより、
接合中の位置ずれが生じず、歩留まり及び作業効率の向
上が図れる。被接合物に対して予め所定温度に加熱保持
された治具を押し当てて加熱加圧し、被接合物が所定温
度に到達後、不活性ガスを被接合物に吹き付けて冷却す
ることにより、化合物の形成を抑制して接合強度を向上
させることができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の接合方法にかかる実施例を図
１、図２及び図３により説明する。

【００１４】まず合金部材へのメタライズ層形成方法に
ついて図１を用いて述べる。１０１は厚さ５０μｍのＳ
ＵＳ３０４製第１合金部材、１０２は厚さ１μｍのＮｉ
メタライズ層、１０３は厚さ２．０μｍのＡｕよりなる
第１メタライズ層、１０４は厚さ１．８μｍのＳｎより
なる第２メタライズ層、１０５は厚さ０．３μｍのＡｕ
よりなる第３メタライズ層、１０７は厚さ２．０μｍの
Ａｕよりなる第１メタライズ層、１０８は厚さ１．８μ
ｍのＳｎよりなる第２メタライズ層、１０９は厚さ０．
３μｍのＡｕよりなる第３メタライズ層、１１１は厚さ
２７μｍのＮｉ製第２合金部材である。

【００１５】ＳＵＳ３０４製第１合金部材１０１に湿式
めっきにより厚さ１μｍのＮｉ−Ｐ無電解めっきを施
す。厚さは必ずしも１μｍでなくともよいが、接合後に
Ｎｉの全てがＳｎとの化合物として消費され尽くさない
だけの厚さが必要である。Ｎｉ−Ｓｎ化合物はＳＵＳ３
０４との接合性に乏しく、接合後にＮｉの全てがＳｎと
の化合物として消費され尽くすと、接合強度は極端に低
下する。次に第１メタライズ層１０３として厚さ２．０
μｍのＡｕを湿式めっきにより形成する。次に第２メタ
ライズ層１０４として厚さ１．８μｍのＳｎを湿式めっ
きにより形成する。更に第３メタライズ層１０５として
厚さ０．３μｍのＡｕを湿式めっきにより形成する。

【００１６】Ｎｉ製第２合金部材１１１は電鋳により製
作される。電鋳ＮｉはＡｕ−Ｓｎ系合金との接合性が良
好にあるので、接合面にはＮｉメタライズを施す必要は
なく、直接第１メタライズ層１０７として厚さ２．０μ
ｍのＡｕを湿式めっきにより形成する。次に第２メタラ
イズ層１０８として厚さ１．８μｍのＳｎを湿式めっき
により形成する。更に第３メタライズ層１０９として厚
さ０．３μｍのＡｕを湿式めっきにより形成する。本発
明ではメタライズ層を全て湿式めっきにより形成してい
るが、全てのメタライズ層、あるいは一部にメタライズ
層を真空蒸着あるいはスパッタリング等の他の成膜手段
によって形成しても同等の効果が得られる。

【００１７】次に接合に伴う接合部組織変化について、
図２及び図３を用いて述べる。図２は接合の各過程にお
ける接合部の組織を示す図、図３は接合の各過程におけ
る接合層の組織及び融点を示す図である。

【００１８】１０１は厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４製第
１合金部材、１０２は第１合金部材側の厚さ１μｍのＮ
ｉメタライズ層、１０３は第１合金部材側の厚さ２．０
μｍのＡｕよりなる第１メタライズ層、１０４は第１合
金部材側の厚さ１．８μｍのＳｎよりなる第２メタライ
ズ層、１０５は第１合金部材側の厚さ０．３μｍのＡｕ
よりなる第３メタライズ層、１０６は第１合金部材側の
Ｎｉ−Ｓｎ金属間化合物、１０７は第２合金部材側の厚
さ２．０μｍのＡｕよりなる第１メタライズ層、１０８
は第２合金部材側の厚さ１．８μｍのＳｎよりなる第２
メタライズ層、１０９は第２合金部材側の厚さ０．３μ
ｍのＡｕよりなる第３メタライズ層、１１０は第２合金
部材側のＮｉ−Ｓｎ金属間化合物、１１１は厚さ２７μ
ｍのＮｉ製第２合金部材、１３０はＡｕ−Ｓｎ合金融液
である。

【００１９】接合の各過程における接合部の組織は次の
通りとなる。接合部の加熱昇温速度が２０Ｋ／ｓと高い
場合について述べる。

【００２０】（１）状態Ａ 第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１を接合層を
介して密着させた状態が状態Ａである。この状態では全
ての層が固体である。

【００２１】（２）状態Ｂ 状態ＡからＳｎの融点直上まで加熱した状態が状態Ｂで
ある。第１合金部材側の厚さ１．８μｍのＳｎよりなる
第２メタライズ層１０４及び第２合金部材側の厚さ１．
８μｍのＳｎよりなる第２メタライズ層１０８が溶融す
る。

【００２２】（３）状態Ｂ、Ｃ間 更に加熱を続けると、第１合金部材側の厚さ２．０μｍ
のＡｕよりなる第１メタライズ層１０３、第１合金部材
側の厚さ０．３μｍのＡｕよりなる第３メタライズ層１
０５、第２合金部材側の厚さ２．０μｍのＡｕよりなる
第１メタライズ層１０７及び第２合金部材側の厚さ０．
３μｍのＡｕよりなる第３メタライズ層１０９からＡｕ
が溶融したＳｎよりなる第２メタライズ層１０８に溶け
出してＡｕ−Ｓｎ合金融液１３０を形成する。Ａｕ−Ｓ
ｎ合金融液１３０の融点はＡｕ濃度の増大に伴い一旦低
下するが、Ｓｎ濃度約８７ｍａｓｓ％を境として再び上
昇する。加熱昇温速度が低い場合にはＡｕ−Ｓｎ合金融
液１３０が凝固する場合もあるが、本実施例の場合には
加熱昇温速度が十分に高いので凝固することはない。

【００２３】（４）状態Ｃ、Ｄ間 ５９３Ｋまで加熱したら、温度を保持する。この間もＡ
ｕ−Ｓｎ合金融液１３０へのＡｕの溶解は進行する。

【００２４】（５）状態Ｄ 本実施例では、Ａｕ−Ｓｎ合金融液１３０へのＡｕの溶
解が終了した時に状態Ｄとなるように、各メタライズ層
の厚さを調整している。従って状態ＤではＡｕ−Ｓｎ合
金融液と第１合金部材側の厚さ１μｍのＮｉメタライズ
層１０２及び厚さ２７μｍのＮｉ製第２合金部材１１１
とが直接接触する。

【００２５】（６）状態Ｄ、Ｅ間 Ａｕ−Ｓｎ合金融液と第１合金部材側の厚さ１μｍのＮ
ｉメタライズ層１０２及び厚さ２７μｍのＮｉ製第２合
金部材１１１とが直接接触することにより、これらの界
面には急速にＮｉ−Ｓｎ金属間化合物１０６が形成され
る。同化合物１０６には少量のＡｕも含有されるが、そ
のほとんどはＮｉ及びＳｎである。この化合物１０６の
形成により、Ａｕ−Ｓｎ合金融液１３０中のＳｎ濃度が
低下し、同合金融液１３０の融点も低下する。これによ
りＡｕ−Ｓｎ合金融液の流動性が向上し、接合部の密着
性が向上する。

【００２６】（７）状態Ｅ 状態Ｄから約１０ｓ加熱すると、Ｎｉ−Ｓｎ金属間化合
物１０６の成長により、Ａｕ−Ｓｎ合金融液中のＳｎ濃
度が低下し、Ａｕ−Ｓｎ合金の共晶組成のＡｕ−２０ｍ
ａｓｓ％Ｓｎとなる。

【００２７】（８）状態Ｆ 状態Ｅから接合部を冷却すれば、強度信頼性及び耐食性
に優れるＡｕ−Ｓｎ共晶合金により接合された接合部を
得ることができる。

【００２８】（９）状態Ｅ’ Ａｕ−Ｓｎ合金融液１３０へのＡｕの溶解が終了した時
に状態Ｄとならず、なお未溶解のＡｕが残る場合はＡｕ
−Ｓｎ合金融液１３０の融点は数秒で５９３Ｋを超えて
状態Ｅ’となり固体の晶出が始まり、Ａｕ−Ｓｎ合金融
液１３０の流動性は極端に低下する。接合部の密着が完
全に行われないうちにＡｕ−Ｓｎ合金融液１３０の凝固
が始まるので、接合部の強度信頼性は低下する。

【００２９】状態Ｄから状態Ｅへの移行が状態Ｅ’への
移行よりも短時間のうちに起こるのは、状態Ｄから状態
Ｅへの移行が拡散律速であるＮｉ−Ｓｎ化合物の成長に
よっているのに対して、状態Ｄから状態Ｅ’への移行が
Ａｕ−Ｓｎ合金中１３０へのＡｕの溶解によっているこ
とによる。

【００３０】状態Ｅ’では接合部の強度信頼性は低下す
るが、一般にＡｕ濃度が高いほどＡｕ−Ｓｎ合金の耐食
性は増大するので、耐食性を第一に要求される接合部と
しては十分に使用に耐える場合もある。

【００３１】本実施例ではＮｉ−Ｓｎ化合物の成長が状
態Ｄから開始するものとして扱ったが、実際にはわずか
ではあるが状態Ｃに先立ってＮｉ−Ｓｎ化合物の成長が
生じる。この場合はＳｎはＡｕよりなる第１合金部材側
の第１メタライズ層１０３及び第２合金部材側の第１メ
タライズ層１０７の内部を拡散してＮｉに到達し、Ｎｉ
−Ｓｎ化合物を形成する。このプロセスは拡散律速であ
るので、単位時間当りのＳｎの供給量は状態Ｄ、Ｅ間よ
りも極端に少なく、従って化合物成長速度も極めて小さ
くなる。本実施例の如く、加熱昇温速度を２０Ｋ／ｓ以
上とすれば、状態Ｄ以前の化合物形成に伴うＡｕ−Ｓｎ
合金融液の組成変化は無視しうる量となる。

【００３２】次に接合プロセスについて述べる。

【００３３】２１１は図１に示すＡｕよりなる第１メタ
ライズ層１０３、Ｓｎよりなる第２メタライズ層１０４
及びＡｕよりなる第３メタライズ層１０５の３層のメタ
ライズ層からなる接合層、２２１は図１に示すＡｕより
なる第１メタライズ層１０７、１０７、Ｓｎよりなる第
２メタライズ層１０８及びＡｕよりなる第３メタライズ
層１０９の３層のメタライズ層からなる接合層、２１２
及び２２２は酸化膜や水、有機物からなる汚染物層、２
３０は溶融して一体となった接合層、３００はＡｒアト
ムビーム、３０１は抵抗溶接機、３０２は抵抗溶接チッ
プ、３０３はアース端子、３０４は導電性ベース、３０
５及び３０８はヒータを内蔵した加熱加圧治具、３０６
は厚さ０．５ｍｍのチッ化アルミニウム製合金部材保持
治具、３０７はコイルばね、３０９は冷却ガスノズル、
３１０はガス導入フィードスルー、３１１はアトムソー
ス、４００は真空チャンバである。

【００３４】（１）セッティング 真空チャンバ４００中に第１合金部材１０１及び第２合
金部材１１１を装填し、真空排気する。

【００３５】第１合金部材１０１にはＮｉメタライズ層
１０２及び図１に示すＡｕよりなる第１メタライズ層１
０３、Ｓｎよりなる第２メタライズ層１０４及びＡｕよ
りなる第３メタライズ層１０５の３層のメタライズ層か
らなる接合層２１１が形成されている。また第２合金部
材１１１には図１に示すＡｕよりなる第１メタライズ層
１０７、Ｓｎよりなる第２メタライズ層１０８及びＡｕ
よりなる第３メタライズ層１０９の３層のメタライズ層
からなる接合層２２１が形成されている。真空排気され
た状態では接合層２１１及び２２１上には酸化物層や
水、有機物等の吸着物層からなる汚染物層２１２及び２
２２が形成されている。

【００３６】（２）活性化 アトムソース３１１にＡｒガスを導入し、発生したＡｒ
アトムビーム３００によるスパッタリング現象を利用し
て、汚染物層２１２及び２２２を除去する。この処理に
より接合層２１１及び２２１の表面は清浄となり、接合
性、ぬれ性に富んだ面となる。

【００３７】（３）大気中位置決め、固定 第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１を大気中に
取り出し、アース端子３０３により接地された導電性ベ
ース３０４上に設置し、接合層２１１及び２２１を対向
させ、第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１の相
対位置を調整したのち密着させ、抵抗溶接機３０１及び
抵抗溶接チップ３０２を用いて抵抗溶接を行い、第１合
金部材１０１及び第２合金部材１１１の相対位置を固定
する。この処理により位置決め治具などを用いなくと
も、第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１の相対
位置のずれを生じさせることなく以降の処理を続けるこ
とができる。

【００３８】（４）治具予熱 位置決め固定された第１合金部材１０１及び第２合金部
材１１１を真空チャンバ４００中の合金部材保持治具３
０６上に設置し、一旦真空排気した後チッ素やＡｒなど
の不活性ガスを導入する。同時にヒータを内蔵した加熱
加圧治具３０５及び３０８を予熱し、５７３〜５９３Ｋ
に保つ。この状態では合金部材保持治具３０６はコイル
ばね３０７で加熱加圧治具３０８から浮いており、また
加熱加圧治具３０５は第２合金部材１１１に接触しない
位置に引き上げられている。従って第１合金部材１０１
及び第２合金部材１１１は加熱加圧治具３０５及び３０
８と熱的に接触していないので、加熱加圧治具３０５及
び３０８を５９３Ｋに予熱しても第１合金部材１０１及
び第２合金部材１１１の温度は４２０Ｋ程度までしか上
昇せず、接合層２１１及び２２１は溶融しない。これに
よりＮｉメタライズ層１０２と接合層２１１との相互拡
散もほとんど生じない。

【００３９】（５）加圧、加熱 加熱加圧治具３０５を図示しない加圧装置を用いて押下
し、第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１を加圧
して密着させる。この時、コイルばね３０７が縮み、合
金部材保持治具３０６が加熱加圧治具３０８と接触する
ので、合金部材保持治具３０６を介して熱が急速に第１
合金部材１０１及び第２合金部材１１１に伝わり、急速
加熱される。同時に加熱加圧治具３０５も第２合金部材
１１１と接触しているので熱が第１合金部材１０１及び
第２合金部材１１１に伝わり急速加熱される。加熱加圧
の結果、まず接合層２１１及び２２１中のＳｎが溶融
し、隣接するＡｕを溶融してＡｕ−Ｓｎ合金融液を形成
する。ＡｕがＡｕ−Ｓｎ合金融液中に完全に溶解するま
では、ＡｕはＳｎのＮｉメタライズ層１０２及び第２合
金部材１１１への拡散に対するバリア層として機能す
る。Ｓｎ中のＡｕの濃度が増大するにつれＡｕ−Ｓｎ合
金融液の融点は上昇するので、加熱昇温速度がこの融点
上昇速度よりも低い場合には融液は一旦凝固する。しか
しこの間にもＳｎとＡｕとの相互拡散は進行し、Ａｕ−
Ｓｎ合金の融点は連続的に変化する。加熱温度が５５３
Ｋを超えると、ＡｕとＳｎの共晶反応により融液が生じ
て接合部の密着化が進行する。加熱昇温速度がＡｕ−Ｓ
ｎ合金の融点上昇速度よりも大きい場合には、Ａｕ−Ｓ
ｎ合金層は凝固せず、溶融状態を保つ。

【００４０】接合層４１１が完全に溶融すると、接合部
の密着化が促進されると共にＡｕ−Ｓｎ合金融液中のＳ
ｎとＮｉメタライズ層１０２及び第２合金部材１１１と
が直接接触してＮｉ−Ｓｎ化合物の形成が促進され、接
合層中のＳｎ濃度が急激に減少する。

【００４１】本実施例の場合には、加熱昇温速度が２０
Ｋ／ｓｅｃ以上とすれば接合層中のＳｎ濃度がＡｕ−Ｓ
ｎ共晶組成である２０ｍａｓｓ％よりも低くなる前に接
合を完了し、強固で気密性のある接合部を得ることがで
きる。また、加熱温度もＡｕ−Ｓｎ系合金の共晶点であ
る５５３Ｋよりもわずかに高い５７３〜５９３Ｋとすれ
ばよく、第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１へ
の熱的ダメージを小さく抑えることができる。加熱加圧
時間の最適値は実験により予め求めておく。

【００４２】（６）冷却 所定時間加熱加圧した後、加熱加圧治具３０５を引き上
げて第２合金部材１１１から離す。この際コイルばね３
０７が伸び、合金部材保持治具３０６を持ち上げるの
で、加熱加圧治具３０５及び３０８から第１合金部材１
０１及び第２合金部材１１１への熱の流入は減少する。
次にガス導入フィードスルー３１０及び冷却ガスノズル
３０９を通してＡｒあるいはＮ₂などの不活性ガスを第
１合金部材１０１及び第２合金部材１１１と一体化した
接合層２３０へ吹き付けることにより接合部は急速に冷
却される。この急速冷却により、接合層２３０とＮｉメ
タライズ層１０２及び第２合金部材１１１との界面に形
成されるＮｉ−Ｓｎ化合物層の成長を抑制することがで
き、強固で気密性のある接合部を得ることができる。

【００４３】（７）取り出し 真空チャンバ４００から第１合金部材１０１及び第２合
金部材１１１を取り出して接合は完了する。第１合金部
材１０１及び第２合金部材１１１は一体化した接合層２
３０により強固に接合されている。

【００４４】本実施例の場合、加熱昇温速度が２０Ｋ／
ｓｅｃよりも小さい場合には接合層が溶融したのち完全
に一体となる前に接合層中のＳｎ濃度がＡｕ−Ｓｎ共晶
組成である２０ｍａｓｓ％よりも低くなる。その結果、
接合層融点が急激に上昇し、接合層の一体化が不完全な
まま接合層が凝固するので、強固で気密性のある接合部
は得られない。ただし、接合層の組成が本実施例と異な
る場合には加熱昇温速度を必ずしも２０Ｋ／ｓｅｃ以上
とする必要はない。

【００４５】本実施例では接合層のＳｎ濃度を２３ｍａ
ｓｓ％としたが、Ｓｎ濃度は２０ｍａｓｓ％を超え４０
ｍａｓｓ％未満ならば良好な接合が可能である。この範
囲では前述の如くＮｉ−Ｓｎ化合物の形成により接合層
中のＳｎ濃度が低下すると接合層組成は共晶組成に近付
くので、接合層融点は低下する。その結果、加熱加圧中
に接合層が溶融して一体化するのに十分な時間的余裕が
あり、強固で気密性のある接合部を得ることができる。
一方、接合層組成が２０ｍａｓｓ％以下及び４０ｍａｓ
ｓ％以上の場合には、Ｓｎ濃度が低下すると、接合層融
点は急速に上昇し、接合層が溶融して一体化する時間的
余裕がない。その結果、接合部にはボイドや未接合部な
どの接合欠陥が発生し、接合強度及び気密性を低下させ
る。

【００４６】本実施例では接合層をＡｕ−Ｓｎ系合金と
したが、接合中の接合層組成の変化により接合層融点が
変化する合金であれば、その合金組成を接合中に融点が
低下する組成に設定することにより本実施例と同様にし
て良好な接合部を得ることができる。

【００４７】本実施例では合金部材を第１合金部材と第
２合金部材の２枚としたが、本発明による接合プロセス
を繰り返すことにより何枚でも積層接合することが可能
である。また位置合わせと抵抗溶接による固定プロセス
を繰り返すことにより３枚以上の合金部材の位置合わせ
固定を行い、一度に加熱接合することもできる。

【００４８】次に本発明の接合方法にかかる他の実施例
を図５及び図６により説明する。

【００４９】まず合金部材へのメタライズ層形成方法に
ついて述べる。

【００５０】１０１は厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４製第
１合金部材、１０２は厚さ１μｍのＮｉメタライズ層、
５０１は厚さ１．１５μｍのＡｕよりなる第１メタライ
ズ層、５０２は厚さ１．８μｍのＳｎよりなる第２メタ
ライズ層、５０３は厚さ１．１５μｍのＡｕよりなる第
３メタライズ層、１１１は厚さ２７μｍのＮｉ製第２合
金部材である。

【００５１】ＳＵＳ３０４製第１合金部材１０１に湿式
めっきにより厚さ１μｍのＮｉ−Ｐ無電解めっきを施
す。厚さは必ずしも１μｍでなくともよいが、接合後に
Ｎｉの全てがＳｎとの化合物として消費され尽くさない
だけの厚さが必要である。Ｎｉ−Ｓｎ化合物はＳＵＳ３
０４との接合性に乏しく、接合後にＮｉの全てがＳｎと
の化合物として消費され尽くすと、接合強度は極端に低
下する。次に第１メタライズ層５０１として厚さ１．１
５μｍのＡｕを湿式めっきにより形成する。次に第２メ
タライズ層５０２として厚さ１．８μｍのＳｎを湿式め
っきにより形成する。更に第３メタライズ層５０３とし
て厚さ１．１５μｍのＡｕを湿式めっきにより形成す
る。Ｎｉ製第２合金部材１１１は電鋳により製作され
る。電鋳ＮｉはＡｕ−Ｓｎ系合金との接合性が良好であ
るので、接合面にはＮｉメタライズを施す必要はない。

【００５２】本発明ではメタライズ層を全て湿式めっき
により形成しているが、全てのメタライズ層、あるいは
一部にメタライズ層を真空蒸着あるいはスパッタリング
等の他の成膜手段によって形成しても同等の効果が得ら
れる。

【００５３】次に接合プロセスについて述べる。

【００５４】２１２及び２２２は酸化膜や水、有機物か
らなる汚染物層、４３０は溶融して一体となった接合
層、３００はＡｒアトムビーム、３０１は抵抗溶接機、
３０２は抵抗溶接チップ、３０３はアース端子、３０４
は導電性ベース、３０５及び３０８はヒータを内蔵した
加熱加圧治具、３０６は厚さ０．５ｍｍのチッ化アルミ
ニウム製合金部材保持治具、３０７はコイルばね、３０
９は冷却ガスノズル、３１０はガス導入フィードスル
ー、３１１はアトムソース、４００は真空チャンバであ
る。

【００５５】（１）セッティング 真空チャンバ４００中に第１合金部材１０１及び第２合
金部材１１１を装填し、真空排気する。

【００５６】第１合金部材１０１にはＮｉメタライズ層
１０２及び図５に示すＡｕよりなる第１メタライズ層５
０１、Ｓｎよりなる第２メタライズ層５０２及びＡｕよ
りなる第３メタライズ層５０３の３層のメタライズ層か
らなる接合層４１１が形成されている。真空排気された
状態では接合層４１１及び第２合金部材１１１上には、
酸化物層や水、有機物等の吸着物層からなる汚染物層２
１２及び２２２が形成されている。

【００５７】（２）活性化 アトムソース３１１にＡｒガスを導入し、発生したＡｒ
アトムビーム３００によるスパッタリング現象を利用し
て汚染物層２１２及び２２２を除去する。この処理によ
り接合層４１１及び第２合金部材１１１の表面は清浄と
なり、接合性、ぬれ性に富んだ面となる。

【００５８】（３）大気中位置決め、固定 第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１を大気中に
取り出し、アース端子３０３により接地された導電性ベ
ース３０４上に設置し、接合層４１１及び第２合金部材
１１１を対向させ、第１合金部材１０１及び第２合金部
材１１１の相対位置を調整したのち密着させ、抵抗溶接
機３０１及び抵抗溶接チップ３０２を用いて抵抗溶接を
行い、第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１の相
対位置を固定する。この処理により位置決め治具などを
用いなくとも、第１合金部材１０１及び第２合金部材１
１１の相対位置のずれを生じさせることなく以降の処理
を続けることができる。

【００５９】（４）治具予熱 位置決め固定された第１合金部材１０１及び第２合金部
材１１１を真空チャンバ４００中の合金部材保持治具３
０６上に設置し、一旦真空排気した後チッ素やＡｒなど
の不活性ガスを導入する。同時にヒータを内蔵した加熱
加圧治具３０５及び３０８を予熱し、５７３〜５９３Ｋ
に保つ。この状態では合金部材保持治具３０６はコイル
ばね３０７で加熱加圧治具３０８から浮いており、また
加熱加圧治具３０５は第２合金部材１１１に接触しない
位置に引き上げられている。従って第１合金部材１０１
及び第２合金部材１１１は加熱加圧治具３０５及び３０
８と熱的に接触していないので、加熱加圧治具３０５及
び３０８を５９３Ｋに予熱しても第１合金部材１０１及
び第２合金部材１１１の温度は４２０Ｋ程度までしか上
昇せず、接合層４１１は溶融しない。これによりＮｉメ
タライズ層１０２と接合層４１１との相互拡散もほとん
ど生じない。

【００６０】（５）加圧、加熱 加熱加圧治具３０５を図示しない加圧装置を用いて押下
し、第１合金部材１０１及び第２合金部材１１１を加圧
して密着させる。この時、コイルばね３０７が縮み、合
金部材保持治具３０６が加熱加圧治具３０８と接触する
ので、合金部材保持治具３０６を介して熱が急速に第１
合金部材１０１及び第２合金部材１１１に伝わり急速加
熱される。同時に加熱加圧治具３０５も第２合金部材１
１１と接触しているので、熱が第１合金部材１０１及び
第２合金部材１１１に伝わり急速加熱される。加熱加圧
の結果、まず接合層４１１中のＳｎが溶融し、隣接する
Ａｕを溶融してＡｕ−Ｓｎ合金融液を形成する。本実施
例ではＳｎに隣接する第１及び第２メタライズ層として
のＡｕは同一の厚さであり、ＡｕがＡｕ−Ｓｎ合金融液
中に完全に溶解するまでは、ＳｎのＮｉメタライズ層１
０２及び第２合金部材１１１への拡散に対するバリア層
として機能する。Ｓｎ中のＡｕの濃度が増大するにつ
れ、Ａｕ−Ｓｎ合金融液の融点は上昇するので、加熱昇
温速度がこの融点上昇速度よりも低い場合には、融液は
一旦凝固する。しかしこの間にもＳｎとＡｕとの相互拡
散は進行し、Ａｕ−Ｓｎ合金の融点は連続的に変化す
る。加熱温度が５５３Ｋを超えると、ＡｕとＳｎの共晶
反応により融液が生じて接合部の密着化が進行する。加
熱昇温速度がＡｕ−Ｓｎ合金の融点上昇速度よりも大き
い場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金層は凝固せず、溶融状態を
保つ。

【００６１】接合層４１１が完全に溶融すると、接合部
の密着化が促進されると共にＡｕ−Ｓｎ合金融液中のＳ
ｎとＮｉメタライズ層１０２及び第２合金部材１１１と
が直接接触してＮｉ−Ｓｎ化合物の形成が促進され、接
合層中のＳｎ濃度が急激に減少する。本実施例の場合に
は、加熱昇温速度が２０Ｋ／ｓｅｃ以上とすれば接合層
中のＳｎ濃度がＡｕ−Ｓｎ共晶組成である２０ｍａｓｓ
％よりも低くなる前に接合を完了し、強固で気密性のあ
る接合部を得ることができる。また加熱温度もＡｕ−Ｓ
ｎ系合金の共晶点である５５３Ｋよりもわずかに高い５
７３〜５９３Ｋとすればよく、第１合金部材１０１及び
第２合金部材１１１への熱的ダメージを小さく抑えるこ
とができる。加熱加圧時間の最適値は実験により予め求
めておく。

【００６２】（６）冷却 所定時間加熱加圧した後、加熱加圧治具３０５を引き上
げて第２合金部材１１１から離す。この際コイルばね３
０７が伸び、合金部材保持治具３０６を持ち上げるの
で、加熱加圧治具３０５及び３０８から第１合金部材１
０１及び第２合金部材１１１への熱の流入は減少する。
次にガス導入フィードスルー３１０及び冷却ガスノズル
３０９を通してＡｒあるいはＮ₂などの不活性ガスを第
１合金部材１０１及び第２合金部材１１１と一体化した
接合層４３０へ吹き付けることにより接合部は急速に冷
却される。この急速冷却により、接合層４３０とＮｉメ
タライズ層及び第２合金部材１１１との界面に形成され
るＮｉ−Ｓｎ化合物層の成長を抑制することができ、強
固で気密性のある接合部を得ることができる。

【００６３】（７）取り出し 真空チャンバ４００から第１合金部材１０１及び第２合
金部材１１１を取り出して接合は完了する。第１合金部
材１０１及び第２合金部材１１１は一体化した接合層４
３０により強固に接合されている。

【００６４】本実施例の場合、加熱昇温速度が２０Ｋ／
ｓｅｃよりも小さい場合には接合層が溶融したのち完全
に一体となると同時に接合層中のＳｎ濃度がＡｕ−Ｓｎ
共晶組成である２０ｍａｓｓ％よりも低くなる。その結
果、接合層融点が急激に上昇し、接合層の密着化が不完
全なまま接合層が凝固するので、強固で気密性のある接
合部は得られない。しかし、接合層の組成が本実施例と
異なる場合には加熱昇温速度を必ずしも２０Ｋ／ｓｅｃ
以上とする必要はない。

【００６５】本実施例では接合層のＳｎ濃度を２３ｍａ
ｓｓ％としたが、Ｓｎ濃度は２０ｍａｓｓ％を超え４０
ｍａｓｓ％未満ならば良好な接合が可能である。この範
囲では前述の如くＮｉ−Ｓｎ化合物の形成により接合層
中のＳｎ濃度が低下すると接合層組成は共晶組成に近付
くので、接合層融点は低下する。その結果、加熱加圧中
に接合層が溶融した後接合部が完全に密着するのに十分
な時間的余裕があり、強固で気密性のある接合部を得る
ことができる。一方、接合層組成が２０ｍａｓｓ％以下
及び４０ｍａｓｓ％以上の場合には、Ｓｎ濃度が低下す
ると、接合層融点は急速に上昇し、接合部が完全に密着
化する時間的余裕がない。その結果、接合部にはボイド
や未接合部などの接合欠陥が発生し、接合強度及び気密
性を低下させる。

【００６６】本実施例では接合層をＡｕ−Ｓｎ系合金と
したが、接合中の接合層組成の変化により接合層融点が
変化する合金であれば、その合金組成を接合中に融点が
低下する組成に設定することにより本実施例と同様にし
て良好な接合部を得ることができる。

【００６７】本実施例では合金部材を第１合金部材と第
２合金部材の２枚としたが、本発明による接合プロセス
を繰り返すことにより何枚でも積層接合することが可能
である。また位置合わせと抵抗溶接による固定プロセス
を繰り返すことにより３枚以上の合金部材の位置合わせ
固定を行い、一度に加熱接合することもできる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、厚さ１０ミクロン〜５
０ミクロンのＳＵＳ３０４板及びＮｉ製の薄板の組み合
わせからなる被接合物を、Ａｕ、Ｓｎ及びＡｕの３層の
メタライズ層からなる接合層を用いて、真空中でアルゴ
ンアトムビームで清浄化し、その後大気中にて位置合わ
せ及び位置固定を行い、次に真空中あるいは不活性ガス
中にて加圧加熱接合するもので、ＳＵＳ３０４板及び電
鋳Ｎｉ板に熱的ダメージを与えずに耐食性に優れた接合
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の接合方法のメタライズ層形成方法に
かかる実施例を説明する図である。

【図２】 本発明の接合方法にかかる実施例の各接合過
程における接合部組織を説明する図である。

【図３】 本発明の接合方法にかかる実施例の各接合過
程におけるＡｕ−Ｓｎ合金融液層の組織及び融点を説明
する図である。

【図４】 本発明の接合方法にかかる実施例を説明する
図である。

【図５】 本発明の接合方法のメタライズ層形成方法に
かかる実施例を説明する図である。

【図６】 本発明の接合方法にかかる実施例を説明する
図である。

【符号の説明】

１０１は厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４製第１合金部材、
１０２は厚さ１μｍのＮｉメタライズ層、１０３は厚さ
２．０μｍのＡｕよりなる第１メタライズ層、１０４は
厚さ１．８μｍのＳｎよりなる第２メタライズ層、１０
５は厚さ０．３μｍのＡｕよりなる第３メタライズ層、
１０６は第１合金部材側のＮｉ−Ｓｎ金属間化合物、１
０７は第２合金部材側の厚さ２．０μｍのＡｕよりなる
第１メタライズ層、１０８は第２合金部材側の厚さ１．
８μｍのＳｎよりなる第２メタライズ層、１０９は第２
合金部材側の厚さ０．３μｍのＡｕよりなる第３メタラ
イズ層、１１０は第２合金部材側のＮｉ−Ｓｎ金属間化
合物、１１１は厚さ２７μｍのＮｉ製合金部材、１３０
はＡｕ−Ｓｎ合金融液、３００はＡｒアトムビーム、３
０１は抵抗溶接機、３０２は抵抗溶接チップ、３０３は
アース端子、３０４は導電性ベース、３０５、３０８は
ヒータを内蔵した加熱加圧治具、３０６は厚さ０．５ｍ
ｍのチッ化アルミニウム製合金部材保持治具、３０７は
コイルばね、３０９は冷却ガスノズル、３１０はガス導
入フィードスルー、３１１はアトムソース、４００は真
空チャンバー、４１１は接合層、４３０は溶融して一体
となった接合層、５０１は厚さ１．１５μｍのＡｕより
なる第１メタライズ層、５０２は厚さ１．８μｍのＳｎ
よりなる第２メタライズ層、５０３は厚さ１．１５μｍ
のＡｕよりなる第３メタライズ層である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉橋 邦裕 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内 (72)発明者 古家 佑治 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内 (72)発明者 久貝 健一 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェットプリントヘッドを構成す
   る複数の合金部材の第１合金部材の第１面を第２合金部
   材の第２面に接合する部材において、 前記合金部材の第１面及び第２面のうち少なくとも一つ
   の面の上に母材側から第１メタライズ層としてＡｕ、第
   ２メタライズ層としてＳｎ、第３メタライズ層としてＡ
   ｕの順に３層メタライズ層を形成し、前記第１面及び第
   ２面を向い合わせに配置し、前記第１面及び第２面の相
   対位置を調整した後密着させ、前記第１及び第２合金部
   材を溶融することなく５５３Ｋ以上の温度に加熱して前
   記３層メタライズ層を溶融させて、前記第１及び第２合
   金部材を接合することを特徴とするインクジェットプリ
   ントヘッドの接合方法。
2. 【請求項２】 第１、第２及び第３メタライズ層の厚さ
   をこれら３層メタライズ層全体でのＳｎ含有率が２０ｍ
   ａｓｓ％を超え４０ｍａｓｓ％未満とし、かつ第１メタ
   ライズ層の厚さが１μｍ以上、３層メタライズ層全体の
   厚さが３μｍ以上の３層メタライズを前記合金部材の第
   １及び第２面の上に形成して接合に供することを特徴と
   する請求項１記載のインクジェットプリントヘッドの接
   合方法。
3. 【請求項３】 第１、第２及び第３メタライズ層の厚さ
   をこれら３層メタライズ層全体でのＳｎ含有率が２０ｍ
   ａｓｓ％を超え４０ｍａｓｓ％未満とし、かつ第１メタ
   ライズ層と第３メタライズ層との厚さを同一とし、３層
   メタライズ層全体の厚さが３μｍ以上の３層メタライズ
   を前記合金部材の第１あるいは第２面のうちのいずれか
   一方の上に形成して接合に供することを特徴とするイン
   クジェットプリントヘッドの接合方法。
4. 【請求項４】 第１合金部材の第１面及び第２合金部材
   の第２面をＡｒビームにて活性化した後、前記第１面及
   び第２面の相対位置を大気中にて調整した後密着させ、
   その後真空中あるいは不活性ガス中にて前記第１及び第
   ２合金部材を溶融することなく５５３Ｋ以上の温度に加
   熱して前記３層メタライズ層を溶融させて、前記第１及
   び第２合金部材を接合することを特徴とする請求項１、
   ２及び３記載のインクジェットプリントヘッドの接合方
   法。
5. 【請求項５】 予め所定温度に加熱保持された治具を、
   相対位置を調整した後密着させられた前記第１及び第２
   合金部材に押し当てて５５３Ｋ以上の温度に加熱し、３
   層メタライズ層を溶融させ、前記第１及び第２の合金部
   材が所定温度に到達後、不活性ガスを前記第１及び第２
   の合金部材に吹き付けて冷却することを特徴とする請求
   項４記載のインクジェットプリントヘッドの接合方法。
6. 【請求項６】 第１合金部材の第１面及び第２合金部材
   の第２面の相対位置を調整した後、加熱する前に抵抗溶
   接あるいは機械的締結を利用して第１合金部材と第２合
   金部材とを固定することを特徴とする請求項４記載のイ
   ンクジェットプリントヘッドの接合方法。