Niマイクロメッキ接合法を用いたステンレス鋼の新規接合方法と機械的性質の検討

摘要

ステンレス鋼は高耐熱，高耐食性を持つ材料として，自動車部品，産業用機器，建設部材を始めとする幅広い用途で使用される．ステンレス鋼の接合技術としては，溶接，ロウ接，固相接合などが主流である．これらの接合技術は短時間にて接合可能である利点を有する．一方，接合時に溶接では局所的に1000℃以上の高温熱負荷がかかり，局所的な歪が発生する．ロウ接では800～1000℃程度での高温熱処理が必要であり，大掛かりな熱処理設備が必要になることが課題となる．そこで本研究では，従来の接合技術の欠点を払拭する新たな接合法として，Niマイクロめっき接合（以下NMPB：NiMicro-Plating Bondingと称する）技術を提案している．当技術は約55℃で接合後，300℃以上の比較的低温での熱処理によって強度を上昇させることが可能であることから，接合部への局所的な熱負荷はなく歪が発生しない利点を有する．NMPBを用いて接合する際には二つの被接合物の間にめっき液が流れるように加工．あるいはスペーサーとしてワイヤやボールを配置する．めっきが析出する際には被接合物の隙間から優先的に成長させることが重要である．対向する被接合面からNiめっき結晶の成長速度を一定に保ち，ボイドなく会合することで緻密な接合を実現している．NMPBは高耐熱，高耐食性を持つ接合方法としてパワーデバイス用半導体実装技術としての研究がなされてきた．具体的には，Cu基板とCuワイヤもしくはCuリードフレームをNiめっきを用いて接合し，そのシェア強度を評価している．従来の接合方式であるP_bフリーはんだと比較するとNMPBによるシェア強度は2倍以上を示した．同様にめっき技術を利用した接合技術としては，袴田らによるCuめっきを利用したAl-AlもしくはAl-PTFE接合や福本らによるCuめっきでのCu-Cu接合かある．このように，CuやAlをめっき接合した技術は研究かなされてきているが，ステンレス鋼をめっき接合した技術の報告はない．本研究ではステンレス鋼の新たな接合技術としてNMPBを用いた接合を提案する．NMPBを用いた先行研究では半導体デバイス等の小型部品に対する接合技術として利用されている．このことからステンレス鋼に応用した場合でも溶接等では困難な薄板や小型製品，真空配管やガス配管，ハニカム部品などの複雑構造製品に対する接合技術として適用が期待される．本論文では機械的性質の評価としてシェア試験および引張試験の結果および微細組織等の評価結果を報告する．