金属接合方法

专利名称：金属接合方法
技术领域：
本发明涉及一种金属接合方法，例如，对两个电路基片(电路板)上布线的金属接头进行接合的方法。
背景技术：
正如JP-2001-185843中描述的金属接合方法(对应US6,598,780，US6,601,754，US6,719,187，US6,769,598)，当接合两个电路基片上布线的两个金属接头时，电路基片的接头相互面对，并在其中插入具有950kJ/mol或更小的C-H键离解能的碳氢化合物。然后，加热接头至热分解碳氢化合物成为从中分离出氢的碳氢化合物自由基。所得到的碳氢化合物自由基还原并从而去除了形成于构成接头的金属表面上的氧化膜。不同于使用焊剂(flux)的方法，氧化膜能不用形成金属离子而被去除。
已被去除氧化膜的金属通过加热熔化或扩散，从而可以接合。既然这样，不损坏绝缘性能就可以获得足够的接合强度。
如上所述，形成于金属表面的氧化膜的还原反应由碳氢化合物自由基引起。因此，形成足够量的用于氧化膜去除的碳氢化合物自由基是必要的。
在上述方法中，通过加热接头从而热分解碳氢化合物来形成碳氢化合物自由基。上述方法的问题在于为了形成足够量的碳氢化合物自由基，接头必须加热至相对高的温度。既然这样，作为具有安装其上的金属接头的电路基片的绝缘材料必须使用高耐热材料。如果不提高加热温度至如约400℃并持续加热约1-10秒就不能获得足够的接合强度。
发明概述鉴于前述问题，本发明的一个发明目的是提供一种在低温下维持加热温度时能促进碳氢化合物自由基(radical)生成的金属接合方法。
首先，为了降低加热温度，本发明人研究了是否选择了具有尽可能小C-H键离解能的物质就能在维持低的加热温度下增加碳氢化合物自由基的生成量。特别地，正如

图11所述，CH-键离解能ΔH是碳氢化合物分解成碳氢化合物自由基(R·)和氢自由基(H·)所需的能量。当该C-H键离解能ΔH较小时(见图11中的箭头)易于形成碳氢化合物自由基(R·)。本发明人认为二氢蒽可以有效地作为具有尽可能小的CH键离解能并同时具有以碳氢化合物自由基的形式存在的易于稳定结构的物质。二氢蒽具有894kJ/mol的C-H键离解能。在通过PM3法几何优化同时用分子轨道计算软件“WinMOPAC 3.0”计算该C-H键离解能(在下文中将同样会被用于对C-H键离解能的计算)。
通过下述方法研究两个金属电极之间的接合状态，该方法在金属电极间放置二氢蒽并加热其达到约300℃，该温度低于常用温度，结果没有获得满意的接合强度。接合面积比(用于评价随后描述的接合强度的指标)仅为约15％。
因此，本发明人注意到，在低的温度下自由基能解离的物质作为能参与碳氢化合物自由基解离的备选物。按照这一想法，当在较低温度下被解离成自由基并以自由基形式存在时从碳氢化合物中夺取出氢的物质和碳氢化合物混合时，甚至在低于常用温度的加热温度下促进了碳氢化合物的自由基离解反应。
选择有机过氧化物和偶氮化合物作为在低温下被解离成自由基并从碳氢化合物中夺取氢的物质。已经证实了将混合有有机过氧化物或偶氮化合物的碳氢化合物放置于金属电极之间并加热到约300℃，接合面积比表现出明显地增长。
按照本发明，有机过氧化物或偶氮化合物通过暴露于热能来热分解。有机过氧化物被分解为氧-氧键打开的有机过氧化物自由基，而偶氮化合物被分解为碳-氮键打开的自由基。有机过氧化物或偶氮化合物形成的自由基是活泼的并随时可与氢反应。由有机过氧化物或偶氮化合物形成的自由基从碳氢化合物夺取出氢，和氢结合并成为氢加合物而稳定。
另一方面，碳氢化合物被热分解为碳氢化合物自由基。因为有机过氧化物自由基或由偶氮化合物形成的自由基从化合物中夺取氢，碳氢化合物也变成碳氢化合物自由基。因此有机过氧化物或偶氮化合物促进了碳氢化合物自由基的形成，以致在甚至低于常规的金属接合方法采用的加热温度下就能形成足够量的碳氢化合物自由基。结果，甚至于在降低的加热温度下就能从金属表面去除氧化膜，这促使显示接合强度的接合面积比明显增长。
附图简述参照附图并通过随后的优选实施例的详细描述本发明的上述和其它目的，特征及优点将变得更加明了，其中
图1是说明第二电路基片被安装在第一电路基片上以及它们的布线互相连接的状态，即，这些基片的金属电极接合后的状态的截面图；图2是解释第一电路基片和第二电路基片的接合过程的截面图；图3是解释第一电路基片和第二电路基片的接合过程的截面图；图4是说明C-H键离解能和还原速率常数之间的关系曲线图；图5A是解释通过有机过氧化物添加到碳氢化合物来证实还原氧化膜的性能变化的方法的示意图，图5B是说明图5A的结果的示意图；图6是用来解释当实际分别形成于电路基片上的金属电极在插入碳氢化合物和有机过氧化物的混合物时接合的方法以及证实接合强度的示意图；图7是说明当使用了碳氢化合物和有机过氧化物的混合物时接合面积比与10-小时半衰期温度之间的关系曲线图；图8解释了通过改变作为碳氢化合物的二氢蒽和作为有机过氧化物的过氧化甲乙酮的添加量(重量比)来准备的样品，每个的量为0-10％，以及使用每个样品时的接合面积比；图9是解释当与有机过氧化物混合时通过碳氢化合物进行氧化膜的还原反应的示意图；图10是说明还原速率常数logK和以有机过氧化物自由基(R·)的形式和以通过用从碳氢化合物(RH)中夺取出的氢接合有机过氧化物自由基(R·)获得的氢加合物(ROH)的形式之间的每个有机过氧化物的能量差ΔH之间的关系曲线图；以及图11是用来解释碳氢化合物的C-H键离解能ΔH的示意图。
优选实施方案的详述在该实施方案中，金属接合方法一般用于充当由绝缘板材料如混有玻璃纤维的环氧树脂制成的电路基片上的接头的金属电极和另一个电路基片上的金属电极、连接器的连接端、或电子部件的连接端接合。在该实施方案中，将描述两个电路基片的金属电极的接合实施例。
图1说明了第二电路基片20安装于第一电路基片10上且它们的布线互相连接的状态，即，这些基片10和20的金属电极接合后的状态。在该实施方案中，使用印刷线路板(PWB)作为第一电路基片10。在该电路基片10中，金属布线的接头C1形成于绝缘板11的表面上，该接头C1由铜(Cu)制成的金属电极12构成。使用软性印刷电路(FPC)作为电路基片20。在该电路基片20中，金属布线的接头C2形成于绝缘板21的表面上。该接头C2由铜(Cu)制成的金属电极22和粘附在金属电极22上的焊料(solder)23构成。
在该实施方案中，第一和第二电路基片10上的布线接头C1和C2分别包括金属电极12和22，且它们中至少一个还包括置于金属电极上的焊料。作为焊料23，使用主要由银(Ag)和锡(Sn)组成的无铅焊料。
如图1所示，焊接第一电路基片10上的接头C1和第二电路基片20上的接头C2。换句话说，第一电路基片10上的金属电极12和在电路基片20上的涂布有焊料的金属电极22接合。
下一步，如图1所示的第一电路基片10和第二电路基片20的接合方法将参考图2和3描述。首先，制备第一电路基片10和第二电路基片20。这时，由于空气氧化，第一电路基片10上的金属布线的接头C1的表面具有形成其上的氧化膜12a，而由于空气氧化，第二电路基片20上的金属布线的接头C2上的焊料23的表面具有形成其上的氧化膜。
将和有机过氧化物混合并具有850-950kJ/mol的C-H键离解能的碳氢化合物30应用到第一电路基片10上的接头C1上。有机过氧化物和碳氢化合物加入并混合到如三甲基苯的溶剂中。然后将它们通过溶剂赋予的流动性的形式应用在接头C1上。但是该溶剂蒸发直到接头C1和C2的接合开始并完成后，仅有碳氢化合物和有机过氧化物保留在接头C1和C2之间。
如图2所示，第二电路基片20放置于第一电路基片10上以使金属布线的接头C1和C2互相面对。因此，将碳氢化合物30和有机过氧化物的混合物插入到构成第一电路基片10上的布线的接头C1的金属和构成第二电路基片20上的布线的接头C2的金属之间，且两个基片上的接头C1和C2互相相对地安置。
具有850-950kJ/mol的C-H键离解能的碳氢化合物的例子包括，如图4所示，环辛烷、四甲基十五烷、三苯甲烷、二聚环戊二烯(dicyclopentadiene)以及二氢蒽。因此，使用包括这些物质中的至少一种的碳氢化合物30。
和碳氢化合物30混合的有机过氧化物的例子包括含有叔丁基异丙苯基过氧化物(t-butylcumyl peroxide)、过氧苯甲酸叔丁酯(t-butyl peroxybenzoate)、叔丁基过氧异丙基单碳酸酯(t-butylperoxyisopropyl monocarbonate)、1，1-二(叔己基过氧)环己烷以及甲基乙基酮过氧化物中的至少一种的化合物。选择这些物质用作有机过氧化物的原因将在后面描述。
然后将基片10和20的金属布线的接头C1和C2加热至焊料23的熔点或更高，同时在接头之间施压。例如，这时施加的压力为0.3-2.0MPa。加热温度为300℃，且加热和施压进行1-10秒。
这时，如图3所示，通过加热碳氢化合物30和有机过氧化物的混合物，碳氢化合物30热分解成氢从中分离出来的碳氢化合物自由基。有机氧化物也可以热分解成氧-氧键打开的有机过氧化物自由基。该有机过氧化物自由基从碳氢化合物夺取出氢，这促进了碳氢化合物自由基的形成。
甚至于在低加热温度(约300℃)时形成足够量的碳氢化合物自由基，以使两个基片上的构成接头C1和C2的金属电极12和22通过金属(焊料)熔化而接合，同时还原金属表面上的氧化膜12a和23a。换句话说，氧化膜12a和23a因还原而被去除，暴露出清洁的金属表面且改善了湿度。在这种状态下，使金属电极12的表面开始和基片20上的焊料23的表面接触。此外，如图1所示，伴随着焊料23的熔化，基片20上的焊料23和基片10上的金属电极12接合。
通过使用碳氢化合物30和有机过氧化物的混合物，甚至于在相对低的加热温度(约300℃)下可以生成足够量的碳氢化合物自由基。能去除氧化膜且金属能很好地接合，这归功于碳氢化合物自由基的还原反应。通过降低加热温度，用于第一和第二电路基片的绝缘板11和21的材料没必要限制成具有高耐热的材料，这就放宽了材料的选择性。
用于该实施方案的碳氢化合物30和有机过氧化物将在下面描述。作为碳氢化合物30，因为下述原因使用具有890-950kJ/mol的C-H键离解能的碳氢化合物。
本发明人发现每个碳氢化合物的C-H键离解能和还原速率常数之间的关系。结果示于图4。这里使用的术语“还原速率常数”是指当板(铜终端已经氧化)插进碳氢化合物溶液在300℃下加热预定时间通过用波长分散X-射线光谱分析(以还原后的形式)铜表面的氧含量，然后按照下式计算来定义。
还原速率常数k＝(1-X/X1)/(t·X)其中，X1当铜表面处于氧化状态的X光计数
X加热预定时间后的X光计数T加热时间(秒)结果，示于图4，已经证实随着C-H键离解能的降低还原速率增加。换句话说，已经证实了C-H键离解能和氧化膜去除能力之间的关系。
使用各种具有相对小的C-H键离解能的物质，则铜电极和涂覆在铜电极的焊料接合。结果，已经证实，当使用具有不大于950kJ/mol的C-H键离解能ΔH的碳氢化合物时，接合面积比高达70％或更高，这和常规焊剂在同一水平，并获得了足够的接合强度(C-H键离解能越小，接合性能越好)。所述加热在400℃进行9秒。
更具体地说，具有大于950kJ/mol的C-H键离解能ΔH的二十烷有仅仅约40％左右的接合表面面积比，而具有不大于950kJ/mol的C-H键离解能ΔH的环辛烯和四甲基十五烷都有高达70％或更高的接合面积比。这显示出具有不大于950kJ/mol的C-H键离解能ΔH的碳氢化合物有足够的还原氧化膜的能力。
这里使用的术语“接合面积比”是指比值，测定方法是用矩形接合区的短边制造(假设)一个正方形观测窗口，使该窗口移到矩形接合区中粘合最差的区域，并计算出有效粘合面积相对于该窗口内部的整个区域的比值。
当C-H键离解能非常小时，碳氢化合物自由基就变得不稳定。碳氢化合物的不稳定存在会导致降低氧化膜的还原效率的可能性。根据这一观点，为了稳定碳氢化合物自由基，具有890kJ/mol或大于该值的C-H键离解能的物质的使用是优选的。
下面，说明书将做各种试验来证明用碳氢化合物混合有机过氧化物的效果，同时，特定物质优选用作有机过氧化物。
(1)仅有碳氢化合物的溶液，(2)其中填充有氧化铜的碳氢化合物溶液，以及(3)其中填充有氧化铜的有机过氧化物和碳氢化合物的混合物的溶液分别注入图5A所述的容器中。它们在300℃下加热预定时间。加热后分析碳氢氧化物的形成量。用于该试验的碳氢化合物是甲基乙基酮过氧化物，而溶剂是三甲基苯。
结果，如图5B所示，仅有碳氢化合物溶液的容器中的碳氢氧化物的形成量为4.57％，包含填充有氧化铜的碳氢化合物溶液的容器中的该形成量为5.24％，包含填充有含氧化铜的有机过氧化物的混合物的溶液的容器中的该形成量为5.63％，分别基于碳氢化合物的原始的量。这些结果显示有机过氧化物的添加增加了碳氢氧化物的形成量，换句话说，改善了碳氢化合物还原氧化铜的性能。
然后制备碳氢化合物和有机过氧化物的混合物。用所得混合物，将形成于电路基片上的金属电极实际接合起来并研究它的接合强度。具体描述，如图6所示，形成在用含有玻璃布的环氧树脂作为板材料而制得的电路基片100上的铜电极110和用于形成在作为板材料的柔性树脂制得的柔性电路基片200上的铜布线210的SnAg焊料220通过在加压下加热接合，其中插入碳氢化合物和有机过氧化物的混合物。
在接合期间，在240℃加热电路基片100上的铜电极1分钟从而在电极上形成氧化膜。用加热工具300在加压下加热这些基片100和200的待接合部分。加热温度和加热时间分别是300℃，1秒。
在该试验中，使用二氢蒽作为碳氢化合物。混合作为溶剂的三甲基苯(80wt.％)，10wt.％二氢蒽和10wt.％的有机过氧化物，所得混合物应用到电路基片100上的铜电极100。
试验结果见图7的曲线图。作为比较，该曲线图也包括单独使用碳氢化合物(二氢蒽)和焊剂的试验结果。如图7所示，当单独使用碳氢化合物(二氢蒽)时接合面积比为10-18％，但和有机过氧化物混合后，接合面积比显示出增加。更具体地说，叔-丁基异丙苯基过氧化物的添加改善了接合面积比，尽管是轻微地。叔丁基过氧化异丙烯单碳酸酯或1，1-二(叔过氧己基)环己烷的添加改善了接合面积比从20％到30％。叔丁基过氧苯甲酸酯或甲基乙基酮过氧化物改善了接合面积比从70％到80％或更高，几乎高达焊剂的接合面积比。
研究了关于有助于显著改善接合面积比的甲基乙基酮过氧化物，混合比对接合面积比的影响。更具体地说，如图8所示，通过在0-10％内改变混合的作为碳氢化合物的二氢蒽的重量比或混合的作为有机过氧化物的甲基乙基酮过氧化物的重量比来制备六个样品，并研究它们的接合面积比。在该试验中，通过在240℃下加热30秒然后放置6天而在电路基片100上的铜电极上形成氧化膜。
试验的结果，当单独使用二氢蒽时，不管它的重量比的变化(1wt.％，5wt.％)接合面积比都为约15％。当5wt.％的二氢蒽和5wt.％的甲基乙基酮过氧化物混合时，接合面积比甚至增加至70％。当5wt.％的二氢蒽和10wt.％的甲基乙基酮过氧化物混合时，接合面积比增加至90％。10wt.％的二氢蒽和10wt.％的甲基乙基酮过氧化物的混合物显示出最高的接合面积比。当仅用甲基乙基酮过氧化物而不用二氢蒽时，接合面积比为15％。
上述试验显示出通过在溶剂中混合分别为一定量的(约10wt.％)碳氢化合物和有机过氧化物能使接合性能显著改善。
如上所述，碳氢化合物中有机过氧化物的混合(添加)给金属电极的接合性能带来了一定的改进。本发明人为了找到优选的待混合入碳氢化合物中的有机过氧化物作了如下的研究。
如图7所示，研究了每个有机过氧化物的10-小时半衰期温度。这里使用的术语“10-小时半衰期温度”是指有机过氧化物分解并在10小时后分解一半时的温度。这是有机过氧化物分解难易程度的指示。然而，正如图7所示，接合性能的改善和10-小时半衰期温度之间没有关系。
然后分析当碳氢化合物和有机过氧化物混合时由碳氢化合物引起的氧化膜的还原反应。在该还原反应中，有机过氧化物(ROOR)热分解成如图9所示的有机过氧化合物自由基(RO·)。该有机过氧化物自由基是活泼的，因此它从碳氢化合物(RH)夺取氢而成为氢加合物(ROH)而稳定。另一方面，碳氢化合物(RH)通过有机过氧化合物自由基(RO·)夺取氢变成了碳氢化合物自由基(R·)。该碳氢化合物自由基(R·)从氧化膜夺取氧，因此还原氧化膜并以碳氢氧化物稳定存在。
本发明人注意到了还原反应中通过有机过氧化合物自由基(RO·)的氢夺取反应。以有机过氧化合物自由基(RO·)形式存在的能量和从碳氢化合物夺取氢后以氢加合物(ROH)形式存在的能量之间的差值越小，有机过氧化合物自由基(RO·)越能稳定存在。本发明人假设有机过氧化合物自由基(RO·)的稳定存在促进了氢的夺取反应，而且也促进了氧化膜的还原反应。
因此本发明人确定了以有机过氧化物自由基(RO·)形式存在的能量和以通过有机过氧化物自由基(RO·)和从碳氢化合物(RH)夺取的氢结合而获得的氢加合物(ROH)形式存在的能量之间的差值ΔH。所得能量差值与按上式计算出的还原速率常数logK之间的关系参见图10的曲线图。如图10所示，氢夺取反应前后的能量差值ΔH和还原速率常数logK之间存在相互关系。当氢夺取反应前后的能量差值ΔH变小，还原速率常数logK就增大，这改善了氧化膜的去除能力。
图10的曲线图中，显示出最低还原速率常数的有机过氧化物是叔丁基过氧异丙基单碳酸酯。然而如上所述，甚至它和碳氢化合物的混合物(加入)会给金属电极之间的接合面积比带来一定的改善。这就暗示了具有1015-1045kJ/mol的氢夺取反应前后的能量差值的有机过氧化物能促进碳氢化合物的还原反应。
本发明的优选实施方案到此叙述完毕。然而本发明不仅限于或依靠它们。可以在不偏离本发明的要点的范围内作修改。
在上述实施方案中，描述了作为促进碳氢化合物自由基的形成物质的有机过氧化物的实施例。作为促进碳氢化合物自由基形成的物质，不仅仅可以用有机过氧化物，也可以用偶氮化合物。
偶氮化合物是具有和碳氢化合物基团中的碳原子接合的偶氮基(-N＝N-)的有机化合物(R-N＝N-R’)。和有机过氧化物相同，偶氮化合物也通过加热分解。它被分解成自由基，其中碳-氮键(C-N)打开。例如，当加热偶氮二异丁腈(C8H12N4)时它的碳-氮键分解释放出氮气(N2)，借此形成自由基 所得自由基是活泼的，因而它夺取碳氢化合物(RH)中的氢，并和氢接合成化合物而稳定(2(CH3)2C-C≡N)。
由偶氮化合物形成的自由基从碳氢化合物(RH)中夺取氢，借此促进了碳氢化合物自由基(R·)的形成。因此甚至于在低于传统的金属接合方法中使用的温度就能形成足够量的碳氢化合物自由基(R·)。结果，即使加热温度降低至约300℃也能从金属表面去除氧化膜。
研究了用作为偶氮化合物的偶氮二异丁腈在多大程度上有助于金属电极之间的接合面积比的改善。结果，如图7中的曲线图的右侧所示，它改善了接合面积比，到60-80％或更高。因此，证明了甚至偶氮化合物在碳氢化合物中的混合物(附加物)改善了碳氢化合物去除氧化膜的性能。该研究所用的试验条件与通过使用碳氢化合物和有机过氧化物的混合物来证实金属电极的接合强度所用的条件相似。
按照该实施方案，接合第一接头(如，金属电极12)和第二接头(如，金属电极22)的金属接合方法包括将第一接头和第二接头互相面对，同时在其中插入碳氢化合物和有机过氧化物的混合物的步骤，以及加热碳氢化合物和有机过氧化物的混合物而热分解碳氢化合物成氢被分离出的碳氢化合物自由基，并热分解有机过氧化物成氧-氧键被打开的有机过氧化物自由基的步骤。在加热步骤中，用有机过氧化物自由基来从碳氢化合物中夺取氢，从而促进碳氢化合物自由基的形成。此外，构成接头的金属的接合通过金属的接触，扩散或熔化来完成，而由碳氢化合物自由基来还原形成于金属表面的氧化膜。
或者，金属接合方法包括将第一接头和第二接头互相面对，同时在其中插入碳氢化合物和偶氮化合物的混合物的步骤，以及加热碳氢化合物和偶氮化合物的混合物而热分解碳氢化合物成氢被分离出的碳氢化合物自由基，并热分解偶氮化合物成碳-氮键被打开的偶氮化合物自由基的步骤。在加热步骤中，用偶氮化合物自由基来从碳氢化合物中夺取氢，从而促进碳氢化合物自由基的形成。此外，构成接头的金属的接合通过金属的接触，扩散或熔化来完成，而由碳氢化合物自由基来还原形成于金属表面的氧化膜。例如，偶氮化合物是偶氮二异丁腈。
将有机过氧化物或偶氮化合物暴露于热能并热分解成有机过氧化物自由基或偶氮化合物自由基。由于自由基是活泼的，它从碳氢化合物中夺取氢。碳氢化合物自由基的形成被加速，因而甚至于在相对低的温度下就能形成足够量的碳氢化合物自由基。结果，即使在等于或低于300℃的相对低的加热温度时也能通过由碳氢化合物自由基引起的还原反应来从金属表面去除氧化膜。
例如，以有机过氧化物自由基形式存在的能量和以通过有机过氧化物自由基和从碳氢化合物夺取的氢结合而获得的氢加合物形式存在的能量之间的差值为1015-1045kJ/mol。此外，有机过氧化物可以包括叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧异丙基单碳酸酯、1，1-二(叔己基过氧)环己烷以及甲基乙基酮过氧化物中的至少一种。
另外，碳氢化合物可以具有890-950kJ/mol的C-H键离解能。此外，碳氢化合物可以包括环辛烷、四甲基十五烷、三苯甲烷、二聚环戊二烯以及二氢蒽中的至少一种。
金属电极中的至少一个在其上使用了焊料。假如这样的话，金属电极12，22的接合可以通过在不低于焊料熔点的温度下加热碳氢化合物来用碳氢化合物自由基还原焊料和金属电极上的表面的氧化膜。
尽管已经结合一些优选实施方案并参照附图描述了本发明，值得注意的是对于本领域技术人员来说各种变化和修改是很显然的。
在上述实施方案中，铜电极和涂覆在铜电极上的焊料之间的接合通过焊料完成。换句话说，构成电极的金属可以通过由碳氢化合物和有机过氧化物或偶氮化合物的混合物的相互扩散来接合。
例如，电极中的一个由铜(Cu)制得的金属电极，镍(Ni)膜粘附其上且金(Au)-镀膜形成在镍膜上而构成，而另一个电极由铜(Cu)制得的金属电极且锡(Sn)膜粘附在其表面而构成。
碳氢化合物和有机过氧化物或偶氮化合物的混合物被应用到至少一个电极上，然后金属电极彼此交迭，在加压下加热。它们被加热到不高于具有较低的熔点的金属熔点的温度，其中一个电极的金属是(Au)和另一个电极的金属是(Sn)，此时是Sn。更特别地，在180-200℃下加热它们，即，不高于锡的熔点(232℃)。进行加压，例如，0.3-2.0MPa。加热和加压时间是1-10秒。
既然这样，由于如上所述促进了碳氢化合物自由基的形成，所以在每个金属表面上形成的氧化膜就能被还原并因此被去除。结果，表面清洁并叠置的金属表面被加热并加压，因此构成两个电极的金属通过金属的扩撒而接合。
该金属接合方法也可以用于终端的接合，将终端接触(压力焊接)从而维持电导。碳氢化合物和有机过氧化物或偶氮化合物的混合物被施加在至少一个连接终端表面上，并在它们接触时加热两个终端。这使得还原这些连接终端之间的接触表面上的氧化膜变得可能，因此这些接合终端的连接阻抗就能被减小。
因此参照优选实施方案描述了本发明，可以理解本发明不仅限于这些优选实施方案和组成。本发明的意图是覆盖各种修改和等效的方案。另外，优选实施方案中的各种要素以各种组合和排列示出，这是优选的，其它组合和排列，包括多于，少于或仅仅一个元素，也在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种金属接合方法，用于接合第一接头(12)和第二接头(22)，每个接头都由金属制得，该方法包括将第一接头和第二接头互相面对，同时在其间插入碳氢化合物和有机过氧化物的混合物(30)；加热碳氢化合物和有机过氧化物的混合物来热分解碳氢化合物成为氢被分离出来的碳氢化合物自由基，并热分解有机过氧化物成为氧-氧键打开的有机过氧化物自由基，其中用有机过氧化物自由基从碳氢化合物夺取氢，从而促进碳氢化合物自由基的形成；以及在通过碳氢化合物自由基还原形成于金属表面的氧化膜的同时，通过金属的接触、扩散或熔化来接合构成接头的金属时。
2.根据权利要求1的金属接合方法，其中以有机过氧化物自由基形式存在的能量和以通过有机过氧化物自由基与从碳氢化合物夺取的氢的结合而获得的氢加合物形式存在的能量之间的差值是1015-1045kJ/mol。
3.根据权利要求1的金属接合方法，其中有机过氧化物包括叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧异丙基单碳酸酯、1，1-二(叔己基过氧)环己烷以及甲基乙基酮过氧化物中的至少一种。
4.一种金属接合方法，用于接合第一接头(12)和第二接头(22)，每个接头都由金属制得，该方法包括将第一接头和第二接头互相面对，同时在其间插入碳氢化合物和偶氮化合物的混合物(30)；和加热碳氢化合物和偶氮化合物的混合物至热分解碳氢化合物成为氢被分离出来的碳氢化合物自由基，并热分解偶氮化合物成为碳-氮键打开的偶氮化合物自由基，其中用偶氮化合物自由基从碳氢化合物夺取氢，从而促进碳氢化合物自由基的形成；以及在通过碳氢化合物自由基还原形成于金属表面的氧化膜的同时，通过金属的接触、扩散或熔化来接合构成接头的金属。
5.根据权利要求4的金属接合方法，其中偶氮化合物是偶氮二异丁腈。
6.根据权利要求1或4的金属接合方法，其中第一接头和第二接头中的至少一个是形成于绝缘板上的布线的连接电极。
7.根据权利要求1或4的金属接合方法，其中第一和第二接头分别是金属电极；以及当碳氢化合物被插入到金属电极之间时，通过在不高于金属电极的熔点的温度下加热碳氢化合物同时施压于金属电极以引起扩散而进行金属电极的接合。
8.根据权利要求1或4的金属接合方法，其中第一和第二接头分别是金属电极；至少一个金属电极具有施涂其上的焊料；以及通过在不低于焊料熔点的温度下加热碳氢化合物而用碳氢化合物自由基来还原焊料和金属电极表面的氧化膜来进行金属电极的接合。
9.根据权利要求8的金属接合方法，其中至少一个金属电极是铜制得的。
10.根据权利要求1或4的金属接合方法，其中碳氢化合物具有890-950kJ/mol的C-H键离解能。
11.根据权利要求10的金属接合方法，其中碳氢化合物包括环辛烷、四甲基十五烷、三苯甲烷、二聚环戊二烯以及二氢蒽中的至少一种。
12.根据权利要求1或4的金属接合方法，其中在约300℃的温度下进行加热。
13.根据权利要求1或4的金属接合方法，其中在等于或低于300℃的温度下进行加热。
全文摘要
混合了有机过氧化物的碳氢化合物(30)置于铜电极(12)和涂覆有焊料的电极(22)之间，在约300℃的温度下加热。有机过氧化物暴露于热能并热分解成氧－氧键打开的有机过氧化物自由基。由于有机过氧化物自由基是活泼的，它从碳氢化合物中夺取氢。有机过氧化物促进了碳氢化合物自由基的形成，因此甚至于在相对低的加热温度下，也能形成足够量的碳氢化合物自由基。结果，甚至于在相对低的加热温度下通过碳氢化合物自由基引起的还原反应可以从金属表面去除氧化膜。
文档编号B23K35/36GK1733412SQ20051009807
公开日2006年2月15日 申请日期2005年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者三宅敏广 申请人:株式会社电装