接合方法及接合体与流程

本发明涉及一种通过扩散接合将部件彼此接合的接合方法及接合体。

背景技术：

作为用于半导体制造装置的部件的电极部、冷却板、加热器、及喷头等具有带流路的板件。具有流路的板件由金属或陶瓷复合体制成，且由盖部件覆盖主体部，该主体部形成有使加热用、冷却用介质或工艺气体(processgas)移动的流路(例如，参见专利文献1)。在专利文献1中，在将盖部件和主体部重叠后，通过钎焊将主体部与盖部件接合。

专利文献1:日本特表2009-535801号公报

技术实现要素：

然而，在专利文献1的接合方法中，在进行钎焊时，钎料会流进流路，则会出现以下品质下降的可能性：使流路的表面不平；或者在钎料所滞留的部分的流量出现偏差，因流量的偏差而发生温度变化；或者因钎料成分而发生杂质污染等。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够将主体部与盖部件紧密接合且抑制因接合而导致的品质下降的接合方法及接合体。

为了解决上述问题且达到目的，本发明涉及的接合方法，是将由铝或铝合金制成的、形成有使促进热交换的介质流通的流路的主体部及由铝或铝合金制成的、覆盖所述主体部的所述流路的盖部进行接合的方法，所述接合方法的特征在于，包括：覆盖步骤，在所述主体部上覆盖所述盖部；扩散接合步骤，通过在接合温度为500℃以上且640℃以下、接合压力为0.7mpa以上的条件下进行扩散接合，来接合所述主体部与所述盖部。

另外，本发明涉及的接合方法，在上述发明中，所述主体部的接合面及所述盖部的接合面的平面度分别为0.2以下。

另外，本发明涉及的接合方法，在上述发明中，所述主体部的接合面及所述盖部的接合面的表面粗糙度分别大于0且ra0.4以下。

另外，本发明涉及的接合体，包括：主体部，其由铝或铝合金制成，形成有使促进热交换的介质流通的流路；以及盖部，其由铝或铝合金制成，覆盖所述主体部的所述流路，所述接合体是将所述主体部与所述盖部扩散接合而成的。

另外，本发明涉及的接合体，在上述发明中，所述主体部及所述盖部由6061号铝合金制成，拉伸强度为125mpa以上。

根据本发明，能够起到可将主体部与盖部件紧密接合且抑制因接合而导致的品质下降的效果。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式涉及的具有流路的板件的结构的局部截面图。

图2是图1所示的区域r的放大截面图。

图3是说明本发明一实施方式涉及的具有流路的板件的制造方法的截面图。

图4是说明本发明一实施方式涉及的具有流路的板件的制造方法的截面图。

图5是说明用于本发明实施例的试验片的结构的图。

图6a是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的sem图像的图。

图6b是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的sem图像的图。

图6c是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的sem图像的图。

图7a是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的edx观察图像的图。

图7b是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的edx观察图像的图。

图7c是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的edx观察图像的图。

图7d是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的edx观察图像的图。

图8是表示在接合压力为0.7mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。

图9是表示在接合压力为0.7mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。

图10是表示在接合压力为0.5mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。

图11是表示在接合压力为0.5mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。

图12是表示实施例涉及的具有流路的板件的超声波探伤试验结果的图。

图13是说明粒子测量的图。

具体实施方式

下面，参照附图来对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于以下实施方式。此外，在以下说明中参照的各附图，仅是以能够理解本发明内容的程度且示意性地表示形状、大小、以及位置关系。即，本发明并不限定于各附图中示出的形状、大小、以及位置关系。

图1是表示本发明一实施方式涉及的具有流路的板件的结构的局部截面图。图2是图1所示的区域r的放大截面图。图1所示的具有流路的板件1具备圆盘状的主体部10以及覆盖主体部10的一侧表面(在此为上表面)的盖部20。具有流路的板件1是通过扩散接合将主体部10与盖部20接合而成的接合体。具有流路的板件1例如安装在半导体装置，并作为该半导体装置的冷却装置发挥功能。此外，具有流路的板件1可用作对所安装的装置加热的加热器，也可以用作使气体在后述的流路流通的加热板，还可以用作薄膜成型装置中喷射工艺气体的喷头。

主体部10呈由铝或铝合金制成的圆盘状。主体部10形成有使促进热交换的介质流通的流路(例如，图1所示的流路11～13)。主体部10通过扩散接合使流路的开口侧的面与盖部20接合。流路11～13由壁部14或壁部15划分。流路11～13可以连通而形成一个流路，也可以是至少一部分独立而形成流路。另外，介质例如是水等液体，或气体。

盖部20呈由铝或铝合金制成的圆盘状。盖部20覆盖主体部10的流路形成面。

作为铝合金例如为6061号铝合金(a6061)。

主体部10与盖部20通过后述的扩散接合而接合。

在具有流路的板件1中，从介质流入口(未图示)导入介质并使其在流路流通，之后从介质排出口(未图示)排出介质。在具有流路的板件1中，将从热源传递的热量经由主体部10及盖部20向外部排出，或者将吸收了从热源传递的热量的介质从流路排出。

接着，对具有流路的板件1的制作方法进行说明。图3及图4是说明本发明一实施方式涉及的具有流路的板件的制造方法的截面图。

首先，准备形成有上述的流路(例如，流路11～13)的主体部10及盖部20(参见图3)。之后，将盖部20覆盖主体部10(覆盖步骤)。此时，主体部10的流路的开口由盖部20覆盖。具有流路的板件1例如呈以上的圆盘状。

接着，通过扩散接合将主体部10与盖部用母材200接合(参见图4：扩散接合步骤)。在扩散接合中，对贴紧的部件彼此在部件融点以下的温度条件下进行加压，并利用在接合面之间产生的原子的扩散进行接合。此时，对贴紧的部件施加尽可能不产生塑性变形程度的载荷。

作为使由铝或铝合金制成的部件彼此扩散接合的条件，接合温度为500℃以上且640℃以下，接合压力为0.7mpa以上。

接合温度可根据铝合金的种类改变。例如，能够设定为低于部件的融点的温度。

接合压力也根据部件的种类改变，但优选为3mpa以下。

另外，作为各部件接合面的精度，平面度优选为0.2以下。另外，接合面的表面粗糙度优选为大于0且ra0.4以下，进一步优选为ra0.1以下。

在上述的实施方式中，通过扩散接合对主体部10与盖部20进行了接合。通过进行扩散接合，主体部与盖部能够紧密接合，并且抑制因接合而导致的品质下降。在本实施方式中，能够抑制如下的品质下降：如以往那样的，进行钎焊时，钎料会流进流路，使流路的表面不平；或者在钎料所滞留的部分的流量出现偏差，因流量的偏差而发生温度变化；或者因钎料成分而发生杂质污染等，能够使部件彼此紧密接合。

如上所述，本发明可以涵盖在此未记载的各种各样的实施方式等，在不脱离由权利要求书所限定的技术思想的范围内，可以进行各种设计变更等。

实施例

以下，对本发明涉及的接合方法及接合体的实施例进行说明。此外，本发明不限于以下实施例。

试验片接合面的评价

作为接合体来进行试验的试验片，使用将呈相同形状的两个部件接合而成的接合体。图5是说明用于本发明实施例的试验片的结构的图。本试验片使用将部件300扩散接合而成的接合体。部件300由6061号铝合金(a6061)制成。部件300具有大致圆柱状的接合部301，其具有接合面、以及把持部302，其连接在接合部301的接合面侧的相反侧，而在试验时被把持。把持部302的侧面形成有螺纹。

在本实施例中，使用上述部件300，制作了：在接合温度为550℃、接合压力为0.7mpa的条件下扩散接合而成的6片试验片、以及在接合压力为0.5mpa的条件下接合而成的6片试验片。图6a至图6c是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的sem图像的图。图6b是图6a的中央部的放大图。图6c是图6b的中央部的放大图。如图6a至图6c所示，在接合分界面，接合且不存在缺陷。

图7a至图7d是表示本发明实施例涉及的接合后的分界面的edx观察图像的图。图7a表示接合后的分界面的反射图像。图7b表示接合后的分界面的铝(al)的分布图像。图7c表示接合后的分界面的镁(mg)的分布图像。图7d表示接合后的分界面的硅(si)的分布图像。在图7b至图7d中，颜色越浅，表示该成分含量越多。

如图7b所示，作为部件300的主成分的铝分布广阔。

另外，如图7c及图7d所示，在接合分界面沉淀出镁及硅。在此，镁和硅将铝的氧化皮膜还原而形成氧化物。根据该反应，可认为接合分界面的非晶氧化膜变化成结晶氧化物粒子，而对部件300彼此间的接合起到作用。

试验片的拉伸试验

另外，对这些试验片进行了拉伸试验。对在接合压力为0.7mpa的条件下接合而成的试验片赋予no.1至no.6的号码，对在接合压力为0.5mpa的条件下接合而成的试验片赋予no.11至no.16的号码，并进行了试验。拉伸试验结果表示在图8至图11。

图8是表示在接合压力为0.7mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。试验片no.1至no.6的拉伸强度均超过125mpa。在此，6061号铝合金(a6061)的拉伸强度为125mpa。由此可知，试验片no.1至no.6中所有试验片具有比作为部件300的主成分的6061号铝合金(a6061)的拉伸强度大的拉伸强度。

图9是表示在接合压力为0.7mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。对于试验片no.1至no.6，均在其一方部件产生断裂，而不是在接合分界面。

图10是表示在接合压力为0.5mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。试验片no.11至no.16中，试验片no.13的拉伸强度低于125mpa。由此，试验片no.11至no.16中部分试验片有时具有比作为部件300的主成分的6061号铝合金(a6061)的拉伸强度小的拉伸强度。

图11是表示在接合压力为0.5mpa的条件下扩散接合而成的试验片的拉伸试验结果的图。试验片no.11至no.16中，一部分试验片(试验片no.13、试验片no.16)在接合分界面产生断裂。

具有流路的板件的超声波探伤试验

图12是表示实施例涉及的具有流路的板件的超声波探伤试验结果的图。图12表示在接合压力为0.7mpa的条件下接合而成的具有流路的板件。根据图12可知，在圆盘部件形成的流路不存在损坏等缺陷。

具有流路的板件的粒子测量

另外，制作上述的具有流路的板件1，并将该具有流路的板件1作为试验片进行了粒子测量。作为比较对象，制作了通过钎焊接合而成的试验片，并进行了粒子测量。图13是说明粒子测量的图。在本实施例中，将各试验片(试验片100)安装在工件101，并将经由工件101收集的粒子通过测量仪器102进行测量。对各试验片分别进行了三次粒子测量。

由于最初的粒子的量较多，在第一次测量中，在若干分钟内，多次进行向流路流通氮的处理，并且在使粒子稳定之后进行了粒子测量。在粒子测量中，首先，将异丙醇(isopropylalcohol：ipa)导入流路，并用氮吹45秒钟。之后，导入氮1分钟，并对与粒径对应的粒子数(累计数)进行计数。在本实施例中，对粒径(粒子大小)为0.3μm以下的粒子数及粒径大于0.3μm且0.5μm以下的粒子数进行计数。

通过扩散接合接合而成的试验片的粒子测量结果，如下所示。

粒子大小

相对于此，通过钎焊接合而成的试验片的粒子测量结果，如下所示。

粒子大小

此外，在仅对工件的粒子测量中，所有大小的计数均为零。

从上述的测量结果可知，通过扩散接合接合而成的具有流路的板件的流路相比于通过钎焊接合而成的具有流路的板件的流路，其粒子数量少。

如上所述，本发明涉及的接合方法及接合体适合于将主体部与盖部件紧密接合且抑制因接合而导致的品质下降。

符号说明

1具有流路的板件

10主体部

11～13流路

14、15壁部

20盖部