通电扩散接合装置的制作方法

本发明涉及一种用于将被接合部件彼此接合的通电扩散接合装置。

背景技术

以往，已知有将金属部件在固相温度范围内加热而利用原子的扩散现象进行接合的通电扩散接合(例如参照专利文献1)。通电扩散接合适用于采用难焊接金属材料形成的同种材料或异种材料的接合。

在通电扩散接合中，在被接合部件被夹持在电极之间并通过加压机构经由电极对接合面施加压力的状态下，使电流(直流或脉冲)流过电极间来对被接合部件进行加热。然后，在被接合部件的熔融温度以下的固相温度范围内，利用因材料的软化、变形所产生的接合面的密接和固相扩散现象进行接合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-6068

技术实现要素：

这里，在通电扩散接合中，需要使在被接合部件的接合面流过的电流密度均匀化，并且使接合面的温度一致。但是，即使在以往的脉冲阶跃响应中使电流值以某种程度小幅度集中，电流集中的部位也会非特定地产生。由于电流集中的部位的温度急剧上升，所以该部位的接合状态迅速成为液相结合，接合界面的接合状态成为不均匀的状态，导致接合强度产生偏差。在通电扩散接合中，从在固相区域适合原子移动的观点出发，需要将最佳的接合温度条件维持恒定的时间。因此，在通电扩散接合中被接合部件的温度管理非常重要，并且在被接合部件被转换成热的电能的管理变得重要。

但是，在普通的电阻焊接等中，温度是取决于所供给的电量(电流×时间)的次级要素，被初级控制的情况几乎不存在。以往的方法中，即使在使电流流通恒定时间或者对电流进行控制的情况下也并非是开/关(ON/OFF)控制等精密的控制，因此存在接合强度的偏差增大等问题。

另外，在通电扩散接合中，被施加于接合面的荷重也成为接合强度的重要要素，为了使荷重保持恒定，还需要针对发热时的被接合部件的热膨胀采取对策。对于这一点，在专利文献1中也阐述了针对被接合部件的热膨胀所采取的对策。但是，在开/关(ON/OFF)温度控制中，由于对被接合部件反复施加应力，所以仅上述应对是不足够的。

因此，在本发明中，目的在于提供一种通电扩散接合装置，能够更精密地控制电源的输出，能够进行被接合部件的精密的温度管理。

为了实现上述目的，本发明提供一种通电扩散接合装置，其对使接合面抵接的多个被接合部件进行通电而将该多个被接合部件接合，其特征在于，包括：多个电极，其用于使所述多个被接合部件通电；电源，其能够使施加于所述多个电极的输出连续地改变；温度信息提供部，其提供所述被接合部件或所述电极的温度信息；以及输出控制部，其基于来自所述温度信息提供部的温度信息对所述电源的输出进行上升斜率控制。

在这种情况下，也可以是，具有向所述被接合部件供给恒定的电流并且能够对所述接合面的电压下降进行检测的电压下降检测单元。另外，也可以是，所述输出控制部基于由所述电压下降检测单元检测出的电压下降而对所述电源的输出进行控制。

另外，也可以是，所述温度信息提供部是对所述被接合部件或所述电极的温度信息进行检测的温度传感器，此外也可以是存储有所述被接合部件或所述电极的温度信息的温度信息存储部。

另外，本发明的通电扩散接合装置具有用于对所述被接合部件的所述接合面施加压力的加压部。

发明效果

本发明的通电扩散接合装置能够更精密地控制电力供给，能够实现被接合部件的精密的温度管理或压力管理，能够进行接合强度较强且偏差较小的接合。

附图说明

图1是表示本发明的通电扩散接合装置的局部截面图。

图2是用于说明本发明涉及的输出控制部的框图。

图3是用于说明本发明涉及的压力控制部的框图。

附图标记说明

1：被接合部件

2：电极

3：电源

4：温度信息提供部

5：输出控制部

6：基部件

7：压力控制部

8：加压部

9：基台

10：通电扩散接合装置

51：操作部

52：显示部

53：电压下降检测单元

71：操作部

72：显示部

73：压力传感器

74：编码器

81：加压部件

82：驱动源

83：滚珠丝杠机构

84：弹力施加单元

84a：弹簧

84b：块体

S：接合面

具体实施方式

使用图1至图3对本发明的通电扩散接合装置10进行说明。本发明的通电扩散接合装置10是对使接合面S抵接的多个被接合部件1进行通电而将该多个被接合部件1接合的装置，通电扩散接合装置10主要包括电极2、电源3、温度信息提供部4和输出控制部5。

这里，被接合部件1是指要以接合面S进行接合的部件，只要能够通电，则其材质或形状等可以是任意的。作为材质，例如除了不锈钢等钢铁材料、铜、铝、锌等非铁金属、含有铝、镍、铬、钛、铜等的各种合金等金属材料以外，还能够列举具有高温导电性的陶瓷、半导体、单晶材料等非金属材料。另外，被接合部件1既可以是相同的材质，也可以是不同的材质。另外，作为形状，例如能够列举管状、块状、厚板状、薄板状，也可以被实施槽加工、开孔加工等任意的加工。接合面S优选是平坦的，但只要未形成有间隙，则也可以是曲面、例如相同曲率的曲面。另外，接合面S优选是镜面，但也可以是粗面。

电极2用于使从电源3输出的电导通至多个被接合部件1。在通电扩散接合装置10中，为了使被接合部件1通电，可以至少具有2个电极2，该电极2例如被设置于以隔着被接合部件1的接合面S的方式相向的部分。当然，也可以根据被接合部件1的材质或形状等而具有3个以上的电极2。作为电极2的材质，只要能够使被接合部件1通电，则可以是任意的材质，例如能够使用铜、钼、钨等。另外，电极2经由电缆31与电源3连接。

电源3用于向多个电极2输出电力。作为该电源3，只要能够使施加于多个电极2的输出连续地改变，则可以是任意的，例如能够使用公知的逆变器电源。

温度信息提供部4用于向输出控制部5提供被接合部件1或电极2的温度信息。此外，温度信息是指与被接合部件1或电极2的温度有关的信息，可以是温度本身的信息，也可以是例如决定电源3的电压的电压值等基于温度进行计算而转换后的信息。作为温度信息提供部4，能够使用例如对被接合部件1或电极2的温度进行检测的温度传感器。只要能够检测接合部件或电极2的温度，则温度传感器可以是任意的，例如可以使用如红外线放射温度计等一样通过非接触方式检测温度的非接触式传感器、或者通过与被接合部件1或电极2接触来检测温度的热电偶等接触式传感器。另外，还能够并用非接触式传感器和接触式传感器。

输出控制部5用于基于来自温度信息提供部4的温度信息对电源3的输出进行上升斜率控制。以往，由于使恒定的电流导通恒定的时间或者通过开/关(ON/OFF)控制使恒定的电流导通，所以存在电流集中的部位的温度急剧上升的情况。在这种情况下，导致该部位的接合状态变成液相结合等，接合面S的接合状态变得不均匀，接合状态产生偏差。与此相对，在上升斜率控制中，由于使电流逐渐上升，所以急剧的电流集中被抑制，能够使接合面的温度变得均匀。因此，能够使接合面S生成均匀的扩散层，能够实现强度的均匀化。另外，输出控制部5能够基于由温度传感器检测出的温度信息实时地对电源3的输出进行上升斜率连续控制，实现被接合部件1的精密的温度管理。因此，能够进行接合部件彼此的接合面S的接合强度较高且偏差较小的接合。进而，由于这样的连续控制与开/关(ON/OFF)控制相比能够将热膨胀维持恒定，所以能够降低由热膨胀引起的压力变动的影响。

作为输出控制部5，只要能够基于来自温度信息提供部4的温度信息对电源3的输出进行上升斜率控制，则可以是任意的，例如能够使用包括CPU、ROM、RAM、I/O等且电连接有操作部51及显示部52的装置。具体而言，能够使用如高速采样温度调节计这样的公知的PID温度控制装置。此外，这里，操作部51包括由启动开关、开始开关(start switch)等各种操作开关、触摸面板等构成的输入面板等。从操作部51输入的信息被发送至输出控制部5。另外，显示部52从输出控制部5接收基于针对输出控制部5的输入或输出控制部5的运算结果所产生的信息，并显示该信息。这里，显示部52包括数字显示面板、灯等。

此外，对在上述的温度信息提供部4中使用温度传感器实时地获取被接合部件1或电极2的温度并向输出控制部5提供被接合部件1或电极2的温度信息的情况进行了说明。但是，在使用本发明的通电扩散接合装置10将相同材料的被接合部件1在同一环境中进行接合的情况下，经过时间与被接合部件1或电极2的温度之间的关系为同样的结果。因此，只要预先获取表示经过时间与被接合部件1或电极2的温度之间的关系的温度信息，则即使不使用温度传感器也能够提供该温度信息。因此，温度信息提供部4也可以是存储有表示被接合部件1或电极2的经过时间与被接合部件1或电极2的温度之间的关系的温度信息的温度信息存储部。由此，输出控制部5能够基于温度信息存储部中存储的温度信息对电源3的输出进行控制。只要能够存储用于决定经过时间与电源3的输出之间的关系的温度信息，则温度信息存储部可以是任意的，例如可以使用公知的存储器等。

另外，在通电扩散接合中，被接合部件1彼此的加压方向的轴线的对准或荷重的管理非常重要。这里，本发明人的深入研究的结果是，可知该管理状态被接合界面的接触电阻的值所反映。因此，只要监视该接触电阻值，就能够判断轴线的对准或荷重的管理能否维持初始状态。另外，根据该接触电阻值的变化的程度，能够明确用于将被接合部件1放置于通电扩散接合装置10的夹具的维护时间。因此，本发明的通电扩散接合装置10也可以具有向被接合部件1供给恒定的电流并且能够检测接合面S的电压下降的电压下降检测单元53。此外，输出控制部5也能够基于由该电压下降检测单元53检测出的电压下降而对电源3的输出进行控制。由此，能够进一步使被接合部件1的精密的温度管理成为可能。因此，能够进行接合部件彼此的接合面S的接合强度较高且偏差较小的接合。

接着，对通电扩散接合装置10的其他结构进行说明。通电扩散接合装置10包括用于对被接合部件1的接合面S施加压力的加压部8。只要能够对被接合部件1的接合面S施加压力，则加压部8的结构可以是任意的，例如可以构成为，加压部8包括：加压部件81，其固定有电极2；驱动源82，其用于驱动加压部件81；以及滚珠丝杠机构83，其传递驱动源82的驱动力，使加压部件81上下移动。

这里，为了具有通用性，加压部件81形成为大致圆柱状，但是也可以根据被接合部件1的形状而形成，也可以在其间夹持有与被接合部件1的形状一致的中间部件。作为加压部件81的材质，只要具有相对于加压力的刚性，则可以是任意的，例如可以使用不锈钢、铜、钼、钨等金属。

此外，虽然未图示，但是加压部件81也可以具有用于对被接合部件1进行冷却的冷却单元。作为冷却单元，只要能够冷却被接合部件1，则可以是任意的，例如能够采用使自来水等冷却流体在流路中循环的结构。该流路可以设置于加压部件81自身，也可以将形成有流路的冷却块以与加压部件81密接的方式配置。

驱动源82例如能够使用带减速器的伺服电动机。在伺服电动机中设置有编码器74，配置于未图示的架台。

滚珠丝杠机构83包括：丝杠轴，其在上下方向上延伸且在外周面形成有螺纹槽；螺母，其在内周面形成有螺纹槽；以及多个滚珠，其被收容在上述螺纹槽间。螺母经由包括电木等的绝缘体及压力传感器73固定于加压部件81的上部。丝杠轴经由减速器与伺服电动机的旋转轴连接。通过伺服电动机进行旋转驱动，使丝杠轴旋转，螺母乃至加压部件81相对于丝杠轴相对地上下移动。另外，如果使伺服电动机的驱动停止，则加压部件81的位置被维持。此时，加压部8限制被接合部件1的位移，对接合面S施加压力。

另外，加压部8也可以具有对接合面S的压力进行检测的压力传感器73。压力传感器73例如是测量上下方向的压力的单轴的测压元件，但也可以使用多轴的压力传感器。通过压力传感器73，能够间接地检测被施加于被接合部件1彼此的接合面S的压力。

另外，加压部8也可以还具有对被接合部件1彼此的接合面S施加弹力的弹力施加单元84。例如，在配置有加压部件81的基部件6与通电扩散接合装置10的基台9之间配置弹力施加单元84。作为弹力施加单元84，例如包括：弹簧84a；以及块体84b，其用于在该块体84b与基部件6之间将弹簧84a限制成比自由长度短的预先设定的长度。此外，从被弹力施加单元84上推的基部件6作用于被接合部件1的压力，根据被接合部件1的材质或形状而不同，例如是5～100N。并且，该压力能够通过更换弹簧84a来改变。通过采用这样的结构，即使被接合部件1产生热膨胀或热收缩，也能够缓和作用于接合面S的压力的急剧的变化。

此外，作为加压部8而说明了如上述那样的结构，但只要是用于通过接合面S对被接合部件1彼此进行按压的结构，则加压部8也可以是其他结构。例如也能够使用如下结构：仅在被接合部件1上放置重物来对被接合部件1彼此进行按压。

另外，本发明的通电加热接合装置10也可以还具有用于对施加于接合面S的压力进行控制的压力控制部7。压力控制部7例如包括CPU、ROM、RAM、I/O等且电连接有操作部71及显示部72。这里，操作部71包括由启动开关、开始开关(start switch)等各种操作开关、触摸面板等构成的输入面板等。从操作部71输入的信息被发送至压力控制部7。另外，显示部72从压力控制部7接收基于针对压力控制部7的输入或压力控制部7的运算结果所产生的信息，并显示该信息。这里，显示部72包括数字显示面板、灯等。此外，该压力控制部7也能够使用与上述的输出控制部5共通的装置。

另外，从编码器74、压力传感器73及温度传感器向压力控制部7输入检测信号。压力控制部7基于这些检测信号、从操作部71输入的信息、以及存储在该存储部中的设定压力Ps、下限设定压力Ps1、设定温度Ts、设定保持时间Hs等控制信息，向电源3及伺服电动机输出控制信号。