[發明專利]鋁接合合金、具有由該合金形成的接合合金層的覆層材料和鋁接合復合材料

有效

• 申請號: 201080048465.4
• 申請日: 2010-10-25
• 公開（公告）號: CN102596488A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 山本晉司;石尾雅昭
• 申請（專利權）人: 株式會社新王材料
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K1/19;B23K20/00;B23K20/04;B23K35/22;C22C19/03;B23K101/40;B23K103/18
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及鋁接合合金、具有由上述接合合金形成的接合合金層的覆層材料和鋁接合復合材料，該鋁接合合金不僅對鋼鐵、銅、鎳、鈦等非鋁金屬，而且對鋁也具備優異的壓接性和擴散接合性、釬焊性。

背景技術

因為鋁的導電性、加工性、輕量性優異，所以作為電極材料、端子材料、導電性線材等的原材料在多方面被利用。另一方面，因為僅由鋁形成的鋁材(單層材料)強度和耐腐蝕性差，所以也經常有使用覆層材料的情況，該覆層材料由鋁形成的鋁層與由不銹鋼或鎳形成的非鋁金屬層通過壓接和擴散接合進行接合而成。這樣的覆層材料被用作電池盒或電極材料、端子材料等的導電性材料。

雖然鋁和鎳的擴散接合性比較良好，但相比于鎳，不銹鋼與鋁的接合性差，因此有時在鋁層和不銹鋼層之間，設置相對于鋁和不銹鋼兩者擴散接合性都良好的鎳層。例如，在日本特開2000-312979號公報(專利文獻1)和日本特開2004-351460號公報(專利文獻2)中記載了在鋁層和不銹鋼層之間設置有鎳層的覆層材料。另外，在日本特開2004-106059號公報(專利文獻3)中記載了在鋁層直接壓接鎳層而擴散接合的覆層材料。

另一方面，近年來，作為電子器件，使用著一體設置有半導體元件和將其冷卻的鋁制冷卻器的能源模塊，希望伴隨高輸出功率化的冷卻性能提高。例如，如日本特開2008-166356號公報(專利文獻4)中所記載，能源模塊具備如下結構：鋁制冷卻器與熱擴散促進層(散熱器)被釬焊，在上述熱擴散促進層順次錫焊有傳熱性絕緣基板(稱為“DBA基板”)和半導體元件。作為上述熱擴散促進層，一般使用鋁層經由鐵層或鎳層，通過壓接和擴散接合而接合于由熱傳導性優異的銅形成的銅層的覆層材料。

上述能源模塊通常如下操作進行組裝。釬焊鋁制冷卻器與上述熱擴散促進層的鋁層。然后，在上述熱擴散促進層的銅層上錫焊傳熱性絕緣基板，再將半導體元件錫焊于傳熱性絕緣基板。另外，有時也在上述熱擴散促進層上錫焊預先錫焊有半導體元件的傳熱性絕緣基板。上述傳熱性絕緣基板具有在氮化鋁等陶瓷層的雙面疊層有鋁層的結構，通常，為了確保錫焊的潤濕性，而在傳熱性絕緣基板的兩個表面施加鍍鎳。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000-312979號公報

專利文獻2：日本特開2004-351460號公報

專利文獻3：日本特開2004-106059號公報

專利文獻4：日本特開2008-166356號公報

發明內容

發明所要解決的課題

如上所述，因為鋁和鎳的接合性良好，所以將鋁層與鎳層直接接合、或在鋁層經由鎳層接合不銹鋼層。另外，因為鋁和銅在擴散接合時形成非常脆的金屬間化合物，所以不能直接接合，但通過在鋁層和銅層之間設置鐵層或鎳層，就能夠將鋁層和銅層疊層化。

但是，鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層雖然能夠由壓接和擴散接合而接合，但是在鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層之間，會由擴散反應形成Al-Ni類、Al-Fe類的金屬間化合物層。這些金屬間化合物層如果過度生長，接合性就明顯變差。因此，必須適當控制壓接后擴散接合時的擴散退火條件以使金屬間化合物層不過度生長。

另外，如上所述，在能源模塊具備的熱擴散促進層的鋁層，使用Al-Si類釬料之類的鋁接合釬料，在600℃左右釬焊鋁制冷卻器。在該釬焊時，熱擴散促進層的鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層之間，在擴散接合時生成的金屬間化合物層生長。因此，釬焊前的熱擴散促進層的鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層的接合力有由釬焊而受損的問題。

另外，近年從環境對策考慮，需要卡車等的燃料費提高，為了將汽車等結構構件輕量化，研究并實行著將一部分結構構件從鋼鐵材料置換為鋁材。但是，通過焊接和釬焊難以將鋼材與鋁材接合，現狀主要是由鉚釘或螺栓螺母等機械連結手段接合。因此，鋼鐵材料和鋁材接合得到的鋁接合復合材料，無疑造成了設計自由度和生產率的下降。

本發明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于提供不僅與鋼鐵、銅、鎳、鈦等非鋁金屬，而且與鋁的壓接性、擴散接合性和釬焊性也優異的鋁接合合金。另外，其目的在于提供具有由上述接合合金形成的接合合金層的覆層材料和鋁接合復合材料。

用于解決課題的方法