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異種材料の接着・接合技術


 異種材料の接着・接合は、使用温度範囲の拡大、複雑な応力、部分的な高機能化のために新しい技術が要求されています。例えば、有機デバイスの課題である動作安定性や寿命の克服のためには、ソフト材料(有機材料)とハード材料(金属電極など)の界面における、電子素過程の理解に基づき精密に制御されたナノ界面の実現が必要とされます。さらに、自動車車体や航空機などは、地球環境問題の高まりとともに、軽量化と衝突安全性の両立が求められ、異種金属だけでなく金属と樹脂部材との接合も盛んです。本書は、下記の点を重点にしてまとめたものです。
  • 異種材料の接着と接合の種類と原理についての概要。
  • 異種金属、セラミックスと金属、プラスチックスと金属、複合材料、ダイヤモンドの接着・接合技術の最新の課題と問題点とその解決法の提示。
  • 電子デバイスの高機能化のための接着・接合技術および、ろう接法の鉛フリー化の動向。
  • 異種材料接着・接合界面の耐久性の評価と観察の紹介。
  • その他各分野への応用展開(自動車・飛行機・宇宙開発の部材、燃料電池・熱電変換・核融合などエネルギー関連部材、生体材料、住宅建築材料)。
    □体裁 A4判 372ページ
    □価格 本体68,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2007年11月

章 目 次

第1章 異種材料の接着・接合の理論と評価
第2章 異種金属の接着・接合
第3章 セラミックスの接着・接合
第4章 樹脂の接着・接合
第5章 その他材料の接着・接合
第6章 エレクトロニクス分野における異種材料の接着・接合技術の動向
第7章 自動車、飛行機、宇宙開発における異種材料の接着・接合技術の動向
第8章 エネルギー関連における異種材料の接着・接合技術の動向 
第9章 生体材料の異種材料の接着・接合技術の動向
第10章 住宅建築における異種材料の接着・接合技術の動向

詳 細 目 次

 
第1章 異種材料の接着・接合の理論と評価 1
 1.1 接着と接合の定義 1
  1.1.1 接着・接合の種類と特長 1
   (1) レーザ接合 2
   (2) 電子ビーム接合 3
   (3) ろう接法 3
   (4) 超音波接合法 3
   (5) 摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding:FSW) 4
   (6) 拡散接合 4
   (7) 接着接合 4
   (8) バイオ接着・接合 5
  1.1.2 接着・接合の原理 6
   (1) 溶接接合 6
   (2) 接着剤による接合 8
  1.1.3 セラミックスと金属の接合メカニズム 12
   (1) セラミックスと金属の化学的な反応 13
   (2) セラミックスと金属の物理的な反応 14
  1.1.4 樹脂と金属との接着接合メカニズム 14
   (1) 樹脂湿式めっき技術 14
   (2) ポリイミド樹脂とエポキシ樹脂と金属との化学反応 16
 1.2 接着・接合の評価法 20
  1.2.1 接着界面の評価法 20
   (1) 異種材料界面の諸特性評価システム「サイカス」(ダイプラ・ウィンテス) 20
   (2) 樹脂・ゴムに関する接着溶着界面の特性評価(日産アーク) 23
   (3) 異方性導電樹脂接合型フリップチップの吸湿リフロー試験時の
      剥離予測解析(九州大学)
26
  1.2.2 接着耐久性の評価方法 29
   (1) 耐用年数経過後の接着強度の安全率の定量化法(三菱電機) 29
   (2) 接着性能の耐久試験法 31
   (3) S-N(Stress-Number of stress cycles to failure)図による疲労の
      試験方法(大阪教育大学)
33
   (4) Ni基ODS合金/Ni基超合金の接合体の高温疲労強度(新潟工科大学) 35
  1.2.3 非破壊検査技術 37
   (1) 超音波画像法による非破壊検査技術(日立エンジニアリング) 37
   (2) コーティング材料の皮膜剥離の超音波非破壊評価(東京工業大学) 39
   (3) 誘電特性変化を利用した非破壊検査技術(東京大学先端科学技術センター) 42
 1.3 接着と接合の問題点 45
  1.3.1 熱応力の問題 45
   (1) セラミックスと金属の接合における熱応力 45
   (2) 中間層を有する異種接合材の界面端近傍の特異応力分布 48
   (3) セラミックス/金属接合体の破壊のメカニズムと残留応力挙動の相関性
      (武蔵工業大学)
50
  1.3.2 安全性 53
   (1) 各社はんだの鉛フリー化の取り組み 53
    A Sn-Zn系はんだ(富士通) 54
    B Sn-Ag系はんだ(ハリマ化成)  56
    C Sn-Bi系はんだ(日立製作所) 58
    D Sn-Zn系鉛フリーはんだ(東芝) 61
    E 電子部品の内部接合用鉛フリーはんだ材料(村田製作所) 64
   (2) 導電性接着剤 66
 引用文献 69

第2章 異種金属の接着・接合
73
 2.1 異種金属の接着・接合の課題および問題点 73
  2.1.1 今後必要とされる異材の組合せ 73
  2.1.2 今後必要とされる異材接合法と継手形状 73
   (1) 異材接合法 73
   (2) 継手形状 74
   (3) 異材接合の課題と問題点 75
 2.2 金属の各種接着・接合方法 75
  2.2.1 接着剤を利用した接合 75
   (1) 金属接着用カップリング剤処理(住友金属鉱山) 76
   (2) 金属接着用プライマー処理 79
   (3) 金属構造用接着剤 81
    A エポキシ系接着剤(住友スリーエム) 81
    B 金属板金構造用アクリル系接着剤(電気化学工業) 82
  2.2.2 ろう接 83
   (1) アルミ合金と鉄鋼材料のレーザブレイジング(大阪大学) 84
   (2) 貴金属耐熱ろうを用いたレーザブレイジング(大阪大学) 85
   (3) マグネシウム合金展伸材用フラックスとろう材の開発(新潟大学) 87
   (4) ミグブレイジングによる異種金属接合(神戸製鋼所) 89
   (5) 有害な鉛(Pb)およびカドミウム(Cd)を取り除いたはんだ合金および
      アルミ用ろう材(ナノジョイン、日化トレーディング、コンピュータクラフト)
90
   (6) 精密電子機器用接合部材のろう接方法およびその装置(福井大学) 91
  2.2.3 摩擦攪拌接合 93
   (1) 摩擦攪拌点接合(FSSW)によるアルミ合金板と鋼板の異種金属接合
      (住友軽金属)
94
   (2) 6061-T6アルミ合金FSW継手の疲労挙動(岐阜大) 97
  2.2.4 レーザ溶接 100
   (1) 亜鉛めっき鋼とアルミ合金のレーザ溶接(神戸製鋼所) 100
   (2) アルミニウム系被覆層のレーザ溶接(神戸製鋼所) 101
   (3) ワイヤ供給によるアルミ合金のYAGレーザ表面改質
      (山口県産業技術センター)
102
   (4) 高出力YAGレーザを用いたマグネシウム合金/アルミ合金の接合
      (長岡技術科学大学)
105
   (5) 広い接合面積が得られる重ね接合法(日産自動車) 107
  2.2.5 レーザロール溶接(レーザ圧接) 108
   (1) A50502アルミ合金とSPCC鋼のレーザロール溶接(高温短時間プロセス)
      (名古屋大学)
108
   (2) 亜鉛めっき鋼とアルミ合金のレーザロール溶接(名古屋大学、
      日産自動車総合研究所)
109
   (3) 高出力YAGレーザを用いたレーザロール溶接(阿南工業高専、
      大阪大学接合科学研究所)
110
   (4) 接合部位を局部的に加圧する接合法(日産自動車) 113
  2.2.6 電子ビーム溶接 115
   (1) 電子ビーム溶接の特長 115
   (2) ピンポイント照射・加熱法(鷺宮製作所) 115
  2.2.7 超音波接合 117
   (1) 超音波接合の要因検討(富山県立大)  117
   (2) 銀ろうの中間材を利用したアルミ合金と鉄鋼の超音波接合
      (三重県科学技術振興センター)
119
   (3) 中間材を用いないアルミ合金と鉄鋼の超音波接合
      (三重県科学技術振興センター)
123
 引用文献 123

第3章 セラミックスの接着・接合
127
 3.1 セラミックス主な接着・接合方法 127
  3.1.1 ろう付け 128
  3.1.2 固相接合 129
 3.2 セラミックスの接着・接合の各種接合方法の課題と開発動向 129
  3.2.1 接着剤・接合剤を利用した接着・接合法 129
   (1) SiC単結晶と黒鉛とを接着するための接着剤および接着方法(トヨタ自動車) 129
  3.2.2 直接ろう付接合法 131
   (1) 多結晶アルミナセラミック部材の接合方法(OSRAM SYLVANIA Inc.) 132
   (2) 多孔質セラミックスのろう接による接合体(東芝セラミックス) 133
  3.2.3 メタライズろう付 135
   (1) セラミック基板と金属板の接合活性ろう材を利用したろう接方法 136
   (2) 磁性を帯びない金属被覆剤と揮発有機成分が少ない接合剤(荏原製作所) 138
   (3) アルミナ生成金属部材とセラミック部材とのろう付けによる接合法
      (バッテル メモリア インスティチュート社)
140
   (4) セラミックスの低温接合法およびセラミックス部材(立命館大学) 141
  3.2.4 固相拡散接合 142
   (1) 超塑性セラミックスを中間材に用いるセラミックスの固相接合法
      (茨城大学、神戸市立高専)
143
   (2) 拡散接合にも応用できる遠心焼結法(産総研、新東Vセラックス) 146
   (3) 低変形拡散溶接によるSiCモノリスの製造方法
      (ESKセラミクスGMBH&カンパニーKG(独))
148
   (4) 大型あるいは複雑形状の珪素系セラミックスの接合方法
      (ノリタケ、中部電力)
150
  3.2.5 放電プラズマ焼結(SPS) 151
   (1) アブノーマルグロー放電プラズマによるセラミックスと金属の接合
      (Tanyang 工科大学(シンガポール))
151
   (2) チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)/アルミ(Al)の放電プラズマ焼結による
      低温接合法(高知工大、立命館大)
154
  3.2.6 ホットプレス法 156
   (1) 接合材を介在させない窒化アルミの接合方法(東芝セラミックス) 156
   (2) 工程が少なく効率的な金属−セラミックス焼結積層体の製造法
      (日立粉末冶金)
158
   (3) 一般的な材料および粉末冶金法による金属−セラミックス積層体の製造法
      (日立粉末冶金)
160
   (4) ジルコニアの単結晶−正方晶の相転移を利用した異種セラミックスまたは
      セラミックスと金属の接合法(物質・材料研究機構)
161
  3.2.7 超音波接合 162
   (1) 金属/セラミックスの超音波接合(富山県立大) 162
   (2) インサート材を用いた薄アルミナとアルミの超音波接合(富山県立大) 165
  3.2.8 表面活性化常温接合法(SAB;Surface activated bonding)(デンソー) 167
   (1) 水素結合を用いたアルミとシリコンの直接接合 167
   (2) MEMS用ウェハの常温接合技術 170
   (3) 常温表面活性化接合を用いたMEMS低応力実装法 173
  3.2.9 陽極接合 176
   (1) ホウケイ酸ガラスを介したシリコンとセラミックスの陽極接合プロセス
      (富士電機、大阪大学)
177
   (2) 低温陽極接合によるガラス−シリコン接合(日立製作所)  180
   (3) 陽極接合用結晶化ガラスの開発(旭テクノグラス) 183
  3.2.10 超短光パルスによるガラスの接合 184
   (1) 超短光パルス(フェムト秒パルス光)照射 184
   (2) 走査型共焦点レーザ顕微鏡による表面形状の観察 185
 引用文献 186

第4章 樹脂の接着・接合
189
 4.1 樹脂の接着・接合の課題および問題点 189
  4.1.1 樹脂の種類 189
  4.1.2 異材接合の課題と問題点 190
   (1) 樹脂同士異材接合 190
   (2) 樹脂と金属の接合 192
 4.2 樹脂の接着・接合の各種接合方法 192
  4.2.1 接着剤による接合 192
   (1) ポリエチレン・ポリプロピレン用接着剤(日本大学) 192
   (2) ポリアミド樹脂同士の接合助剤(商品名「AP201」) 192
  4.2.2 熱溶着による接合 194
   (1) フッ素樹脂の接着・接合 194
   (2) ポリエチレン系材料の融着(滋賀県立大学) 196
   (3) 熱可塑性ポリイミド(TPI)と金属との接着メカニズム(三井化学) 199
  4.2.3 レーザ溶着 201
   (1) CO2レーザ溶着法(電気通信大学) 202
   (2) ステンレス鋼とナイロンとのレーザ直接(LAMP)接合(大阪大学、東洋紡績) 206
  4.2.4 プラズマ放電処理(コロナ放電処理) 206
   (1) コロナおよびプラズマ放電処理によるプラスチックフィルムの表面処理 206
   (2) 芳香族ポリイミドとCu箔の接着 208
  4.2.5 高周波溶着 209
   (1) 高周波誘電加熱と高周波誘導加熱を併用したポリプロピレン
      フィルムシートの溶着方法
210
   (2) 高周波ウエルダーの電極冷却装置 211
   (3) 高周波溶着装置における溶着度検出方法および検出装置 212
   (4) チューブ同士の接合用高周波誘電加熱電極 214
   (5) 電磁誘導加熱による難溶着性異種プラスチック材の接合
      (ポリプラスチックス) 
216
  4.2.6 ナノモールディングによるアルミ合金と樹脂の接合技術(大成プラス) 218
   (1) 基本的工程 218
   (2) 接合力のメカニズム 219
   (3) 接合プロセス 219
 引用文献 220

第5章 その他材料の接着・接合
221
 5.1 ゴムと樹脂の接着・接合 221
  5.1.1 プラスチックスとゴムの直接接着技術(K&K) 221
  5.1.2 過酸化物架橋エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)と樹脂の
       接着メカニズム(化学物質評価研究機構)
223
 5.2 形状記憶合金の接着・接合(大阪大学) 226
  5.2.1 接合部組織の観察 227
  5.2.2 引張り試験 228
  5.2.3 分析結果 229
 5.3 強化プラスチックの接着と接合 229
  5.3.1 炭素繊維強化炭素(C/C)複合材料の耐熱接合技術
       (総合研究大学院大学)
229
  5.3.2 炭素繊維強化プラスチック(CFRP)複合材料のRTM
       (Resin Transfer Molding)成形法
231
  5.3.3 コロナ放電処理およびプラズマ放電処理による繊維強化プラスチックの
       接着接合(日東紡)
233
 5.4 耐熱構造複合材の接着接合(SNECMA PROPULSION SOLIDE(SPL)社
     (フランス))
235
  5.4.1 耐熱構造複合材料 235
  5.4.2 従来のコンポジット化法と問題点 235
  5.4.3 SPL社の開発技術 236
 5.5 ダイヤモンドの接着・接合 237
  5.5.1 ろう付け法 237
   (1) バナジウムを含むろう材を使ったダイヤモンド/金属のろう付け法
       (山崎敏久、鈴村暁男、ほほえみブレインズ)
237
   (2) ろう付けによるダイヤモンド電極と給電部金属板との効果的な接合法
       (住友電工ハードメタル) 
239
  5.5.2 高周波誘導熱プラズマ法によるダイヤモンド析出と反転ろう付け法
       (豊田中央研究所)
241
  5.5.3 通電パルス焼結法(日本工業大学) 244
  5.5.4 熱間静水加圧(Hot Isostatic Pressing:HIP)法(日本工業大学) 246
 引用文献 248

第6章 エレクトロニクス分野における異種材料の接着・接合技術の動向
250
 6.1 接着剤による実装の接合 250
  6.1.1 フリップチップ実装用接着材料(三菱電機) 250
  6.1.2 導電性接着剤の動向(住友金属鉱山) 252
  6.1.3 低温実装型異方導電性テープ(綜研化学) 255
  6.1.4 光実装のための接着材料(NTTアドバンステクノロジ) 257
  6.1.5 光ピックアップ用接着剤 260
  6.1.6 電子・光学製品に用いられる機能性粘・接着剤 262
  6.1.7 エリアアレイパッケージ用封止材 265
  6.1.8 銀ナノ粒子を用いた新しい接合プロセス(大阪大学) 266
 6.2 融着・圧着による多層セラミックスの接合 269
  6.2.1 低温同時焼成セラミックス(LTCC) 269
   (1) 一般的なLTCC 270
   (2) 配線導体とグリーンシートとの焼成収縮率差の低減
       (住友金属エレクトロデバイス)
271
   (3) 樹脂の揮散、消失時のグリーンシート収縮マッチング(京セラ) 273
  6.2.2 Siガラス基板へのPZTバルクセラミックスの接合(立命館大学) 274
  6.2.3 窒化物半導体層のセラミックス基板への融着(豊橋技術科学大学) 275
  6.2.4 パワートランジスタの窒化アルミ−金属接合基板(東芝) 277
  6.2.5 パワーモジュール用のセラミックス接合絶縁基板(同和鉱業) 279
 6.3 ポリイミドと金属の接合 282
  6.3.1 2層CCL「Gould Flex」(日鉱マテリアルズ) 282
  6.3.2 HPC(Hi Performannce Cu-alloy)を用いた微細配線対応CCL(デプト) 284
  6.3.3 スパッタリングによるポリイミド・銅薄膜の密着性低減防止策(金沢大学) 287
 6.4 多孔質セラミックスへの金属浸透による接合 292
  6.4.1 アルミ合金-SiC質複合体(電気化学工業) 292
  6.4.2 非加圧金属浸透法(Primex)(米国ランクサイド社、セランクス) 293
 6.5 エピキタシー成長によるSi基板上へのヘテロ接合 295
  6.5.1 Si基板上へのGaAs系、GaN系結晶のヘテロ接合
       (中部大学、名古屋工業大学)
295
  6.5.2 有機ケイ素化合物を用いたSiCヘテロエピタキシャル成長
       (長岡技術科学大学)
298
   (1) SiCヘテロエピタキシャルの成長初期過程の解析 298
   (2) Cat-CVD法によるSi上のSiC結晶成長 300
  6.5.3 次々世代LSI用Si直接接合エピタキシャルゲート絶縁膜(東芝) 301
  6.5.4 マイクロチャネルエピタキシー(MCE)による無転位結晶成長技術
       (豊橋技術科学大)
303
  6.5.5 分子間力による異種材料の接合技術「EFB(epi film bonding)」
       (沖デジタルイメージング)
307
 6.6 その他表面薄膜成膜法による接合 309
  6.6.1 蒸着法による次世代不揮発性メモリ(TFETRAM)の電極形成(みすずR&D) 309
  6.6.2 多結晶体と半結晶体との接合による異種複合体の製造法
       (日立金属、産総研)
310
  6.6.3 電気化学電位を制御した金属微小接合の形成(北海道大) 312
  6.6.4 自己組織化分子多層膜を用いた超高精密ナノリソグラフィ 
       (自然科学研究機構)
316
  6.6.5 導電性を有する微小球体の接合法(産総研) 319
  6.6.6 有機EL素子の性能向上を目的とした電極界面デザイン
       (川村理化学研究所)
321
 引用文献 323

第7章 自動車、飛行機、宇宙開発における異種材料の接着・接合技術の動向
327
 7.1 自動車用部材の接着・接合 327
  7.1.1 自動車部品における接着剤(デンソー) 327
  7.1.2 自動車用鋼板の新抵抗スポット溶接(JFEスチール) 330
  7.1.3 カバープレートを用いたアルミ合金と鋼の異材スポット溶接(熊本大学) 331
  7.1.4 自動車軽量化CFRP複合材料の研究開発
       (新エネルギー・産業技術総合開発機構)
332
 7.2 航空・宇宙用部材の接着・接合技術 333
  7.2.1 航空機用部材の接着接合 333
  7.2.2 航空機機体・航空機エンジンの溶接  334
  7.2.3 宇宙用機器部材の接着・接合 334
  7.2.4 H-IIAロケットの溶接 337
  7.2.5 衛星用構造体の新素材に適した接合方法  338
  7.2.6 宇宙用3接合太陽電池への傾斜構造の応用 340
 引用文献 342

第8章 エネルギー関連における異種材料の接着・接合技術の動向
344
 8.1 燃料電池 344
  8.1.1 燃料電池のセパレータ用黒鉛の通電加圧ろう付け(近畿大学、三菱重工) 345
  8.1.2 燃料電池のセパレータ用ガラス状カーボン複合材の通電加圧ろう付け
       (近畿大学、三菱重工)
347
  8.1.3 熱膨張による電解質層の剥離・亀裂を抑制した膜電極接合体(トヨタ自動車) 350
 8.2 熱電モジュールの接合 351
  8.2.1 高速バス用熱電モジュールの接合技術(NEDO、山口大学、
       山口東京理科大学、日立金属、東洋鋼鈑、三五、日野自動車、 
       省エネルギーセンター)
352
  8.2.2 熱電材料の傾斜構造による高性能化 355
 8.3 核融合炉用部材の高融点異種金属材の高温等方加圧接合法
    (日本原子力研究所)
357
 引用文献 358

第9章 生体材料の異種材料の接着・接合技術の動向
360
 9.1 歯科接着 360
  9.1.1 歯科用接着剤 360
  9.1.2 歯科用コンポジットレジン 361
  9.1.3 傾斜機能を導入した人工歯根 362
 9.2 ナノ重合によるポリマー/セラミックス/生体硬組織の接着(東京大学) 366
 引用文献 369

第10章 住宅建築における異種材料の接着・接合技術の動向
370
 10.1 木材の含水率 370
 10.2 相対湿度と平衡含水率 371
 10.3 環境条件と寸法変化率 371
 10.4 接着例による考察 371
 10.5 材料組み合わせと使用接着剤 371
  10.5.1 木材と金属 371
  10.5.2 木材と無機板 372
  10.5.3 木材とプラスチックシート 372
  10.5.4 木材と紙 372
  10.5.5 木材とプラスチックフォーム 372
  10.5.6 木材とガラス 372
 引用文献 372

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