特表 2022-514630 基板同士を接合するための誘導に基づくシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-14

(54)【発明の名称】基板同士を接合するための誘導に基づくシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 7/08 20060101AFI20220204BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20220204BHJP

   B22F 3/14 20060101ALI20220204BHJP

【ＦＩ】

B22F7/08 C

B22F1/00 W

B22F3/14 101Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021535795

(86)(22)【出願日】2019-12-19

(85)【翻訳文提出日】2021-08-12

(86)【国際出願番号】 IB2019061135

(87)【国際公開番号】W WO2020128976

(87)【国際公開日】2020-06-25

(31)【優先権主張番号】62/781,920

(32)【優先日】2018-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521096142

【氏名又は名称】オーカブ ディートリック インダクション インク．

【氏名又は名称原語表記】Ｏｑａｂ Ｄｉｅｔｒｉｃｈ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】１４１ Ｄｕｋｅ Ｓｔ． Ｅ．， Ｋｉｔｃｈｅｎｅｒ， ＯＮ Ｎ２Ｈ １Ａ６， Ｃａｎａｄａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ハルーン ビー． オーカブ

(72)【発明者】

【氏名】ジョージ ビー． ディートリック

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA03

4K018AA13

4K018AA14

4K018AA24

4K018BA01

4K018BA02

4K018BA13

4K018DA26

4K018JA36

(57)【要約】

第１の基板を第２の基板に接合する例示的な方法は、第１の基板および第２の基板の各々の部分の間に充填材料を適用することであって、充填材料が導電性材料および／または磁性材料を含み、充填材料および各々の部分が接合部を画定する、適用することと、接合部に交番磁界を印加して、導電性材料を反応温度に加熱することと、導電性材料を反応温度に加熱することに応じて、導電性材料から放出されたエネルギーを使用して接合部にエネルギーを付与することと、接合部を冷却して、第１の基板を第２の基板に接合することとを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板を第２の基板に接合する方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板の各々の部分の間に充填材料を適用することであって、前記充填材料が導電性材料および／または磁性材料を含み、前記充填材料および前記各々の部分が接合部を画定する、適用することと、
前記接合部に交番磁界を印加して、前記導電性材料を反応温度に加熱することと、
前記導電性材料を前記反応温度に加熱することに応じて、前記導電性材料から放出されたエネルギーを使用して前記接合部にエネルギーを付与することと、
前記接合部を冷却して、前記第１の基板を前記第２の基板に接合することと
を含む、方法。

【請求項2】

前記接合部にエネルギーを付与することは、液化することなく前記第１の基板および前記第２の基板の前記各々の部分の各々の表面にエネルギーを付与して、前記第１の基板を前記第２の基板に焼結することを含む、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記第１の基板を前記第２の基板に焼結することを支持するために、前記接合部に圧力を加えることをさらに含む、請求項２記載の方法。

【請求項4】

前記接合部にエネルギーを付与することは、前記第１の基板および前記第２の基板の前記各々の部分の各々の表面を溶融して、前記第１の基板を前記第２の基板に溶接することを含む、請求項１記載の方法。

【請求項5】

前記接合部にエネルギーを付与することは、前記充填材料のはんだ付け部分にエネルギーを付与して、前記第１の基板を前記第２の基板にはんだ付けすることを含む、請求項１記載の方法。

【請求項6】

前記導電性材料が、液体状態の反応性金属化合物と、気体状態の反応性金属化合物と、ポリマーと、熱可塑性プラスチックと、メタマテリアルを有するマルチコーティングされた金属とのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。

【請求項7】

前記充填材料が、液体状態の反応性金属化合物と、気体状態の反応性金属化合物と、ポリマーと、熱可塑性プラスチックと、メタマテリアルを有するマルチコーティングされた金属とのうちの１つ以上を含む更なる導電性材料および／または磁性材料をさらに含む、請求項１記載の方法。

【請求項8】

前記接合部にエネルギーを付与することが、
前記更なる導電性材料および／または磁性材料を第２の反応温度に加熱することと、
前記更なる導電性材料および／または磁性材料を前記第２の反応温度に加熱することに応じて、前記接合部にさらにエネルギーを付与することと
を含む、請求項７記載の方法。

【請求項9】

前記接合部にさらにエネルギーを付与することが、
液化することなく前記第１の基板および前記第２の基板の前記各々の部分の各々の表面にエネルギーを付与して、前記第１の基板を前記第２の基板に焼結することと、
前記第１の基板および前記第２の基板の前記各々の部分の各々の表面を溶融して、前記第１の基板を前記第２の基板に溶接することと、
前記充填材料のはんだ付け部分にエネルギーを付与して、前記第１の基板を前記第２の基板にはんだ付けすることと
のうちの１つを含む、請求項８記載の方法。

【請求項10】

前記導電性材料および／または磁性材料を反応温度に加熱することが、
前記導電性材料および／または磁性材料に渦電流を誘導することと、
前記導電性材料および／または磁性材料に磁気ヒステリシスを誘導することと
のうちの１つを含む、請求項１記載の方法。

【請求項11】

前記接合部に磁性絶縁体を適用して、前記充填材料によって接合される領域を制限することをさらに含む、請求項１記載の方法。

【請求項12】

副次的な技術を使用して、前記第１の基板を前記第２の基板にさらに接合することをさらに含む、請求項１記載の方法。

【請求項13】

前記交番磁界を印加することと同時に前記接合部に圧力を加えることをさらに含む、請求項１記載の方法。

【請求項14】

前記接合部が実質的に平面である、請求項１記載の方法。

【請求項15】

前記第１の基板および前記第２の基板が互いに異種の材料を含む、請求項１記載の方法。

【請求項16】

基板同士を接合するための誘導に基づく装置であって、
ハウジングと、
導電性材料を含む充填材料を受け入れるための入口と、
前記ハウジングに収容された誘導加熱アセンブリであって、
前記入口から前記充填材料を受け入れ、
交番磁界を印加して、前記充填材料の前記導電性材料に誘導的にエネルギーを付与する
ように構成された誘導加熱アセンブリと、
前記基板同士を接合するためのエネルギーが付与された前記充填材料を排出するためのノズルと
を備える、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、概して、２つの基板を共に接合するためのシステム、より詳細には、基板同士を共に接合するための誘導に基づくシステムおよび方法に関する。

【0002】

背景
溶接は、金属、プラスチックおよびその他の材料を含む材料同士を共に接合する製造プロセスである。溶接では、熱もしくは圧力またはその両方を使用して材料の一部を溶融し、溶融された部分同士を冷却時に融合することができる。溶接プロセスで使用される熱は、ガス炎、電気アーク、レーザ、電子ビームまたは超音波などの熱源によって発生させることができる。溶接は、母材を溶融するために高い温度を必要とすることが多く、したがって、加熱する方法が非効率的である可能性がある。

【0003】

概要
本明細書の態様によれば、第１の基板を第２の基板に接合する方法が提供される。この方法は、第１の基板および第２の基板の各々の部分の間に充填材料を適用することであって、充填材料が、導電性材料および／または磁性材料を含み、充填材料および各々の部分が接合部を画定する、適用することと、接合部に交番磁界を印加して、導電性材料を反応温度に加熱することと、導電性材料を反応温度に加熱することに応じて、導電性材料から放出されたエネルギーを使用して接合部にエネルギーを付与することと、接合部を冷却して、第１の基板を第２の基板に接合することとを含む。

【0004】

本明細書の他の態様によれば、基板同士を接合するための誘導に基づく装置が提供される。この装置は、ハウジングと、導電性材料を含む充填材料を受け入れるための入口と、ハウジングに収容された誘導加熱アセンブリであって、入口から充填材料を受け入れ、交番磁界を印加して、充填材料の導電性材料に誘導的にエネルギーを付与するように構成された誘導加熱アセンブリと、２つの基板を接合するためのエネルギーが付与された充填材料を排出するためのノズルとを備える。

【図面の簡単な説明】

【0005】

以下の図面を参照しながら実現形態を説明する。

【図1】２つの基板を接合するための誘導に基づくシステムを示す図である。

【図2】図１のシステムにおいて２つの基板を接合する方法を示す図である。

【図3A】図１のシステムで使用するための例示的な充填材料を示す図である。

【図3B】図１のシステムで使用するための例示的な充填材料を示す図である。

【図3C】図１のシステムで使用するための例示的な充填材料を示す図である。

【図3D】図１のシステムで使用するための例示的な充填材料を示す図である。

【図4】磁性絶縁体を備えた２つの基板を示す図である。

【図5】図１のシステムにおける例示的な焼結作業を示す図である。

【図6】図１のシステムにおける例示的な溶接作業を示す図である。

【図7】図１のシステムにおけるはんだ付け作業の例を示す図である。

【図8】誘導に基づく接合のための例示的な装置を示す図である。

【0006】

詳細な説明
本開示は、２つの基板を共に接合するための誘導に基づくシステムおよび方法を説明する。充填材料は、導電性材料および／または磁性材料を含み、第１の基板および第２の基板の各々の部分の間に適用される。各々の部分および充填材料は、共に、２つの基板の接合部を画定する。導電性材料および／または磁性材料は、誘導を介して反応温度に加熱される。導電性材料および／または磁性材料を反応温度に加熱することに応じて、接合部は、導電性材料および／または磁性材料から放出されるエネルギーを使用してエネルギーが付与される。冷却すると、２つの基板が共に接合される。充填材料、特に導電性材料および／または磁性材料は、接合作業の熱制御を可能にするために、充填材料、特に導電性材料および／または磁性材料の加熱特性（例えば、反応温度、エネルギー放出プロファイルなど）に基づいて具体的に選択することができる。

【0007】

図１は、本開示による２つの基板を接合するための例示的なシステム１００を示す。システム１００は、第１の基板１０８－１を第２の基板１０８－２（集合的に基板１０８と呼ばれ、一般に基板１０８と呼ばれる－この命名法は、本明細書の他の場所で使用することができる）に接合するための誘導に基づく装置１０４（単に装置１０４とも呼ばれる）を含む。基板１０８は、プラスチック、金属、合金、熱可塑性プラスチック、複合材料、および上記の組み合わせなどを含むことができる。幾つかの実施例では、基板１０８は、異種の材料とすることができる。例えば、第１の基板１０８－１は、金属材料を含むことができ、一方、第２の基板１０８－２は、プラスチック材料を含むことができる。

【0008】

基板１０８は、各々の部分１１０－１および１１０－２によって画定される接合部１２０で共に接合される。部分１１０は、角隅接合部を形成するためなどの端部部分であってよく、または部分１１０は、基板１０８の各々の表面に重なる部分であってよい。例えば、本実施例では、部分１１０は実質的に平面である。他の実施例では、部分１１０は、湾曲しているか、そうでなければ非平面であってよく、部分１１０は、互いに適合して、接合部１２０を形成することができる。

【0009】

基板１０８は、充填材料１１２を使用して共に接合される。充填材料１１２は、導電性材料および／または磁性材料を含む。特に、充填材料１１２は、基板１０８の各々の部分１１０の間に適用される。部分１１０および充填材料１１２は、共に、接合部１２０を画定する。接合部１２０は、本実施例のように実質的に平面とすることができるか、または接合部１２０は、部分１１０および部分１１０の配置に基づいて他の方法で成形することができる。

【0010】

充填材料１１２は、導電性材料および／または磁性材料を含む。例えば、充填材料１１２は、ナノテルミットまたはマイクロテルミットなどの反応性金属化合物とすることができる。特に、ナノテルミットまたはマイクロテルミットは、酸化剤および還元剤（例えば、金属および金属酸化物）を含む。ナノテルミットまたはマイクロテルミットは、誘導によって加熱またはエネルギーを付与することができる。具体的には、交番磁界の印加は、ナノテルミットまたはマイクロテルミットに渦電流および／またはヒステリシス（以下でさらに詳細に説明する）を誘導し、それが次にコア成分との反応を誘導し、それによってエネルギーを放出する。より一般的には、導電性材料は、導電性粒子または成分を含有する様々なタイプの流体（液体、気体、および組み合わせなどを含む）を含むことができる。導電性粒子または成分は、渦電流および／またはヒステリシスが導電性材料に導入されて、導電性材料にエネルギーを付与することを可能にする。例えば、導電性材料は、反応性金属化合物、気体状態・液体状態および固体状態の化合物、複数の相および状態を含む材料のスラリー、合成ポリマーおよび非合成ポリマーなどを含むことができる。導電性材料は、材料の層の混合物、メタマテリアルを有するマルチコーティングされた金属、液状および不活性状態の反応性金属化合物のハイブリッド混合物、または材料の他の適切な組み合わせをさらに含むことができる。幾つかの実施例では、導電性材料は、以下でさらに説明するように、焼結作業のための金属粉末または他の適切な粉末であってよい。

【0011】

装置１０４は、一般に、基板１０８を共に接合するための誘導に基づく技術を使用するように構成されている。ひいては、装置１０４は、誘導加熱アセンブリ１３０を含む。誘導加熱アセンブリ１３０は、一般に、誘導を介して接合部１２０を加熱するように構成されている。具体的には、アセンブリ１３０は、電力供給回路１３４に連結されたコイル１３２を含む。回路１３４は、磁界を発生させるためにコイル１３２に電流を流すように構成されている。回路１３４は、コイル１３２に高周波交流を流すための電子発振器または他の適切な回路とすることができる。したがって、交番磁界がコイル１３２に誘導される。幾つかの例では、コイル１３２は、例えば、大きい基板１０８を共に接合することを可能にするために、接合領域に隣接して配向することができる。他の実施例では、コイル１３２は、接合領域を包み込むように構成することができ、それにより、接合領域がコイルの中心に位置し、接合領域により強い磁界を誘導する。そのような実施例では、基板１０８のサイズは、コイル１３２のサイズに基づいて制限される可能性がある。

【0012】

動作中、電力供給回路１３４は、図１に矢印で示されているように、コイル１３２に電流を流すように構成されている。アンペールの法則に従って、コイル１３２を通って流れる電流は、コイル１３２の周りに磁界１３６を誘導する。幾つかの実現形態では、電力供給回路１３４は、さらに、コイル１３２を流れる電流を変化させ、それによって磁界１３６を変化させるように構成されている。他の実現形態では、コイル１３２は、磁界１３６を変化させるために、接合領域１１８に対して移動するように構成することができる。例えば、コイル１３２は、静止している接合領域１１８の長さ方向に沿って移動するように位置決め機構に連結することができる。

【0013】

次に、システム１００の動作を図２と併せて説明する。図２は、２つの基板を接合する方法２００のフローチャートを示している。方法２００は、システム１００における方法の性能と併せて説明される。他の実施例では、方法２００は、他の適切なシステムによって実行することができる。

【0014】

ブロック２０５において、充填材料は、第１の基板１０８－１の各々の部分１１０と第２の基板１０８－２との間に適用される。充填材料は、反応性金属化合物（例えば、液体状態または気体状態）、ポリマー、熱可塑性プラスチック、メタマテリアルを有するマルチコーティングされた金属などの導電性材料を含む。幾つかの例では、充填材料は、（例えば、液体状態または気体状態の）反応性金属化合物、ポリマー、熱可塑性プラスチック、およびメタマテリアルを有するマルチコーティングされた金属などの１つ以上の更なる導電性材料を含むことができる。導電性材料は、ナノテルミット、メタマテリアル、および天然もしくは合成の、ポリマーおよび熱可塑性プラスチックに加えて、（例えば、金、銀、銅などで構成されている）ナノロッドもしくはナノワイヤ、グラフェン、または他の適切な複合材料を含むことができる。

【0015】

より一般的には、充填材料１１２は、異なる構成（例えば、粒子径、単純立方体充填、面心立方体充填、および六方晶充填などの充填構造）、異なる構造（例えば、ナノワイヤもしくはナノロッド、他の粒子状物質、または液体など）、異なる反応温度、異なる接着特性（例えば、異なる材料へのより良い接着）、またはそうでなければ異なるエネルギー放出プロファイルを有する複数の導電性材料および／または磁性材料を含むことができる。

【0016】

例えば、異なる層において、所望のエネルギー放出プロファイルに従って、導電性材料を組み合わせて、均質もしくは不均質な混合物などとして充填材料を形成することができる。特に、エネルギー放出プロファイルの変化により、装置１０４は、いずれの材料が加熱されるか、およびそれらがいつ加熱されるかを制御することによって、溶接作業を正確に制御することができる。

【0017】

例えば、図３Ａ－３Ｄを参照すると、例示的な充填材料３００、３１０、３２０、および３３０が示されている。

【0018】

図３Ａに示される充填材料３００は、媒体３０２および媒体３０２全体に分散されたナノテルミット３０４（すなわち、導電性材料）を含む。媒体３０２は、例えば、ナノテルミット３０４を含有するための、金属、合金、ポリマー、材料の組み合わせ、または他の適切な材料とすることができる。幾つかの実施例では、媒体３０２は、ナノテルミット３０４が媒体３０２全体に自由に分散されることを可能にするために実質的に流体とすることができる。他の実施例では、媒体３０２は、媒体３０２内のナノテルミット３０４の位置を固定するためのゲルまたは固体とすることができる。

【0019】

図３Ｂに示される充填材料３１０は、媒体３１２と、第１のナノテルミット３１４と、第２のナノテルミット３１６とを含む。充填材料３００と同様に、第１のナノテルミット３１４および第２のナノテルミット３１６は、媒体３１２全体に分散している。媒体３１２は、ナノテルミット３１４およびナノテルミット３１６を含有するための、金属、ポリマー、材料の組み合わせ、または他の適切な材料とすることができる。幾つかの実施例では、媒体３１２は、ナノテルミット３１４および３１６が媒体３１２全体に自由に分散することを可能にするために流体とすることができる。他の実施例では、媒体３１２は、媒体３１２内のナノテルミット３１４および３１６の位置を固定するためのゲルまたは固体とすることができる。この実施例では、ナノテルミット３１４および３１６は、媒体３１２全体に均一に分布している。

【0020】

図３Ｃに示されるような充填材料３２０の他の実施例では、第１のナノテルミット３２４および第２のナノテルミット３２６を分離することができる。具体的には、媒体３２２は、第１のナノテルミット３２４を充填材料３２０の第１の表面に固定し、第２のナノテルミット３２６を充填材料３２０の第２の表面に固定することができる。そのような実施例では、媒体３２２は、ナノテルミット３２４およびナノテルミット３２６の分離を可能にするために、ゲルまたは固体とすることができる。

【0021】

さらに他の実施例では、充填材料は、導電性材料が全体に分散される媒体を含まなくともよい。例えば、図３Ｄに示される充填材料３３０は、互いに混合されているが、媒体には含有されていない第１のナノテルミット３３４および第２のナノテルミット３３６を含む。例えば、ナノテルミット３３４およびナノテルミット３３６は、焼結作業のための粉末を形成することができる。他の実施例では、充填材料３３０は、単一のタイプのナノテルミット（例えば、第１のナノテルミット３３４のみ、または第２のナノテルミット３３６のみ）を含有することができる。第１のナノテルミットおよび第２のナノテルミットを加熱して合金を形成することができる。

【0022】

図２に戻ると、ブロック２０５において、充填材料は、接合作業のタイプに従って選択することができる。例えば、焼結作業の場合、充填材料３３０を利用することができ、一方、はんだ付け作業の場合、充填材料３００を利用することができる。２つの異種の材料を共に溶接するために、充填材料３２０を利用することができる。充填材料は、充填材料の中に含有される１つ以上の導電性材料のエネルギー放出プロファイルに従ってさらに選択することができる。例えば、２つの基板を接合するために比較的高い温度を利用して接合するためには、充填材料３１０を利用して、より低い投入エネルギーで第１のナノテルミット３１４を加熱することを可能にし、連鎖反応を生じさせて第２のナノテルミット３１６にエネルギーを付与し、２つの基板を接合するための温度を達成することができる。

【0023】

幾つかの実施例では、ブロック２０５において、磁性絶縁体を接合部に適用して、充填材料１１２の適用を特定の領域に制限することができる。例えば、図４を参照すると、充填材料４１２が２つの基板４０８－１と４０８－２の間に適用され、磁性絶縁体４２０によって制限されている。

【0024】

図２に戻ると、ブロック２１０において、交番磁界１３６が接合部１２０に印加され、導電性材料および／または磁性材料を反応温度に加熱する。特に、交番磁界１３６を印加することは、磁界を誘導するために、電力供給回路１３４によってコイル１３２に交流電流を印加して、磁界を誘導することを含むことができる。

【0025】

ファラデーの誘導の法則に従って、変化する磁界１３６は、近くの導体、特に、充填材料の導電性材料に渦電流を誘導する。導電性材料に渦電流が誘導されると、導電性材料にエネルギーが付与され、導電性材料は、導電性材料の反応温度に加熱される。幾つかの実施例では、導電性材料には、磁気ヒステリシスを介してエネルギーを付与することができる。特に、磁石の分子の内部摩擦に対する磁化力は、熱エネルギーを発生させる。熱によって失われるエネルギーはヒステリシス損失である。磁力が印加されると、充填材料１１２の磁性材料の分子が第１の方向に整列する。磁力が逆転すると、磁性材料の分子の内部摩擦が磁性の逆転に対抗し、磁気ヒステリシスをもたらし、したがって磁性材料を加熱する。幾つかの実施例では、ブロック２１０において、方法２００は、磁気ヒステリシス加熱および渦電流を介した誘導加熱の両方を使用して、接合作業のために導電性材料および／または磁性材料にエネルギーを付与することができる。

【0026】

磁性絶縁体が適用される実施例では、絶縁体によって阻害されていない充填材料の領域に、加熱を制限することができる。したがって、磁性絶縁体を適用することで、接合作業および共に接合される領域にわたって、より大きな制御を提供することができる。

【0027】

ブロック２１５で、導電性材料の反応温度に達すると、導電性材料は、導電性材料のエネルギー放出プロファイルに従ってエネルギーを放出し、接合部にエネルギーを付与する。すなわち、導電性材料を反応温度に加熱することに応じて、導電性材料から放出されたエネルギーを使用して、接合部にエネルギーを付与することができる。特に、導電性材料の反応温度に達すると、導電性材料は、発熱反応を受け、エネルギーを放出して、１つ以上の充填材料および部分１１０にエネルギーを付与することができる。

【0028】

例えば、図５を参照すると、焼結作業５００が示されている。特に、接合部にエネルギーを付与することは、液化せずに第１の基板および第２の基板の各々の部分にエネルギーを付与して、第１の基板を第２の基板に焼結することを含むことができる。焼結作業５００において、導電性材料を含む充填材料５１２が、第１の基板５０８－１と第２の基板５０８－２との間に適用される。具体的には、充填材料５１２は、第１の基板５０８－１の第１の表面５１０－１および第２の基板５０８－２の第２の表面５１０－２に接触する。導電性材料が、導電性材料の反応温度に加熱されると、充填材料５１２、第１の表面５１０－１、および第２の表面５１０－２は、液化点まで溶融することなく加熱される。充填材料５１２は、第１の表面５１０－１および第２の表面５１０－２と融合し、したがって、第１の基板５０８－１を第２の基板５０８－２に焼結する。例えば、充填材料５１２は、緻密な焼結作業５００を可能にするために、充填材料３３０などの金属粉末を含むことができる。幾つかの実施例では、焼結作業５００は、例えば、図５の矢印Ｐによって示されるように、接合部に圧力を加えて、第１の基板５０８－１と第２の基板５０８－２との焼結を支持および支援することをさらに含むことができる。

【0029】

幾つかの実現形態では、充填材料には、加熱、および／または無圧力技術もしくは事前支援技術によって、焼結プロセスのためにエネルギーを付与することができ、緻密化制御および／または結晶粒成長の制御を通じて、基板は、融合し、溶接部および／または鋳物を形成して異なる形状を作製し、強度、導電率、熱伝導率および透過性のような材料特性を向上させることができる。

【0030】

ここで図６を参照するに溶接作業６００が示されている。特に、接合部にエネルギーを付与することは、第１の基板および第２の基板の各々の部分の各々の表面を溶融して、第１の基板を第２の基板に溶接することを含むことができる。溶接作業６００において、導電性材料を含む充填材料６１２が、第１の基板６０８－１と第２の基板６０８－２との間に適用される。具体的には、充填材料６１２は、第１の基板６０８－１の第１の表面６１０－１および第２の基板６０８－２の第２の表面６１０－２に接触する。導電性材料が、導電性材料の反応温度に加熱されると、第１の表面６１０－１および第２の表面６１０－２が溶融し、冷却時に共に溶接することができる。例えば、溶接作業６００は、充填材料３００を利用することができる。

【0031】

ここで図７を参照すると、はんだ付け作業７００が示されている。特に、接合部にエネルギーを付与することは、充填材料のはんだ付け部分にエネルギーを付与して、第１の基板を第２の基板にはんだ付けすることを含むことができる。はんだ付け作業７００において、導電性材料を含む充填材料７１２が、第１の基板７０８－１と第２の基板７０８－２との間に適用される。具体的には、充填材料７１２は、第１の基板７０８－１の第１の表面７１０－１および第２の基板７０８－２の第２の表面７１０－２に接触する。導電性材料が、導電性材料の反応温度に加熱されると、充填材料７１２と、特に導電性材料が分散された分散媒体とが溶融し、第１の基板７０８－１と第２の基板７０８－２とを共にはんだ付けすることができる。すなわち、充填材料と、特に分散媒体とは、第１の基板および第２の基板７０８を接合するように作用することができる。

【0032】

さらに他の実施例では、接合部にエネルギーを付与することは、更なる導電性材料を更なる反応温度に加熱することを含むことができる。すなわち、第１の導電性材料に放出されたエネルギーは、連鎖反応を開始して、追加の導電性材料をそれらの各々の反応温度に加熱することができる。例えば、第１の導電性材料は、反応温度が比較的低く、一方、第２の導電性材料は、反応温度が比較的高くてもよい。導電性材料は、第１の導電性材料の反応温度に加熱することができ、発熱反応を受けて、ひいてはエネルギーを放出することができる。放出されたエネルギーは、第２の導電性材料にさらにエネルギーを付与し、第２の導電性材料がその比較的高い反応温度に達することを可能にすることができる。第２の導電性材料は、追加のエネルギーを放出することができる。追加のエネルギーは、導電性材料の連鎖反応を継続するために使用することができるか、または追加のエネルギーは、接合部の他の成分にエネルギーを付与することができる。すなわち、第２の導電性材料から放出される追加のエネルギーは、第１の導電性材料から放出されるエネルギーに加えて、またはその代わりに、焼結作業５００、溶接作業６００、またははんだ付け作業７００で利用することができる。そのような連鎖反応は、例えば、より低い投入要求量で比較的高温で接合される材料を含む基板を接合するために利用することができる。

【0033】

他の実施例では、２つの異なる導電性材料を使用して、２つの異種の基板を接合することができる。例えば、第１の導電性材料の第１の反応温度に達すると、第１の基板を充填材料に結合することができ、第２の導電性材料の第２の反応温度に達すると、第２の基板を充填材料に結合することができる。すなわち、第１の基板と第２の基板との接合は、基板の１つが中間的に充填材料に結合される２段階プロセスとすることができる。

【0034】

さらに他の実施例では、第１の導電性材料からのエネルギーを使用して第２の導電性材料を加熱するのではなく、ブロック２１０およびブロック２１５を繰り返して、第２の導電性材料を、第２の導電性材料の反応温度に加熱することができる。具体的には、磁界１３６の強度を制御して（例えば、回路１３４によってコイル１３２に供給される電流を制御することによって）、第１の導電性材料を第１の反応温度に特異的に加熱し、次に磁界１３６を変化させて第２の導電性材料を第２の反応温度に加熱することができる。

【0035】

幾つかの実施例では、ブロック２１０およびブロック２１５で、副次的な技術を使用して、第１の基板を第２の基板と、さらに接合することができる。副次的な技術は、ブロック２１０およびブロック２１５と同時にまたは連続して実施することができる。副次的な技術の例は、これらに限定されないが、ソリッドステート結合（例えば、陽極／ウェーハ接合、拡散接合、超音波ワイヤボンディング、冷間結合、爆着、摩擦攪拌結合、摩擦溶接など）、はんだ付け／ろう付け（例えば、溶鉱炉、レーザリフロー、抵抗、ディップ、ウェーブ、活性ろう付け、フリップチップボンディングなど）、融接（例えば、レーザビーム、電子ビーム、パーカッシブ、プラズマ、ガスタングステン、抵抗、ガラスシーリングなど）、接着結合（例えば、ダイアタッチメント、フリップチップボンディング、シーリングなど）、および上記の組み合わせを含む。さらに、方法２００は、ブロック２１０で接合部に交番磁界を印加すると同時にまたは連続して接合部に圧力を加えることをさらに含むことができる。

【0036】

ブロック２２０で、接合部が冷却されて、第１の基板１０８－１を第２の基板１０８－２に接合する。具体的には、接合部が冷却されると、第１の基板および第２の基板１０８は、単一の最終製品に接合または結合することができる。

【0037】

したがって、方法２００は、２つの基板を接合するための誘導に基づく技術を提供する。誘導に基づく技術は、他の溶接および／または結合技術と組み合わせて、ハイブリッドシステムを形成することができる。誘導に基づく技術は、地球（例えば、陸、空、または水中での用途）、宇宙（例えば、天体、月、火星、他の惑星、衛星、小惑星、微惑星、および他の天体など）で使用することができる。幾つかの実施例では、誘導に基づく技術は、月および火星のレゴリス、他の惑星、衛星、小惑星、微惑星、および他の天体の物質などの現場の宇宙資源を使用して、充填材料を補うことができる。さらに、誘導溶接技術は、マイクロ接合アプリケーションのスペースが限られた状況でエネルギー発生および溶融材料をローカライズする。

【0038】

例えば、チタン粉末（Ｔｉ）をホウ素（Ｂ）または炭素（Ｃ）と混合して充填材料を形成し、モリブデン（Ｍｏ）表面間でプレスし、点火してＭｏ－ＴｉＢ２－ＭｏまたはＭｏ－ＴｉＣ－Ｍｏ溶接部を形成する。他の実施例では、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、および銅（Ｃｕ）の混合物もまた、充填材料として使用することができる。さらに、金属と金属酸化物の組み合わせを、基板を接合するための充填材料として使用することができ、充填材料は、粉末状、層状、積層状、およびコアシェル状の複合材料から構成することができる。

【0039】

ここで図８を参照すると、基板を接合するための例示的な誘導に基づく装置８００が示されている。装置８００は、誘導加熱アセンブリ８３０を収容するためのハウジング８０４と、ノズル８２０と、入口８２２とを含む。他の実現形態では、誘導加熱アセンブリ８３０内のコイルもノズル８２０の周りに構成することができる。

【0040】

誘導加熱アセンブリ８３０は、ハウジング８０４に収容され、電力供給回路８３４に連結されたコイル８３２を含む。回路は、磁界を発生させるためにコイル８３２に電流を流すように構成されている。回路８３４は、コイル８３２に高周波交流を流すための電子発振器または他の適切な回路とすることができる。したがって、交番磁界がコイル８３２に誘導される。コイル８３２は、加熱領域８１８がコイル８３２の中心にあり、加熱領域８１８により強い磁界を誘導するように、加熱領域８１８を包み込むように構成されている。誘導加熱アセンブリ８３０は、誘導加熱アセンブリ８３０の作動を制御するためにトリガー８４０に連結することができる。動作中、電力供給回路８３４は、矢印で示されるように、コイル８３２に電流を流すように構成されている。アンペールの法則に従って、コイル８３２を流れる電流は、コイル８３２の周りに磁界１３６を誘導する。幾つかの実現形態では、電力供給回路８３４は、コイル８３２を通過する電流を変化させ、それによって磁界８３６を変化させるようにさらに構成されている。他の実現形態では、コイル８３２は、磁界８３６を変化させるために、加熱領域８１８に対して移動するように構成することができる。例えば、コイル８３２は、静止している加熱領域８１８の長さ方向に沿って移動するように位置決め機構に連結することができる。具体的には、交番磁界の印加は、ナノテルミットまたはマイクロテルミットに渦電流および／またはヒステリシス（以下でさらに詳細に説明する）を誘導し、それが次にコア成分との反応を誘導し、それによってエネルギーを放出する。

【0041】

加熱領域８１８は、入口８２２に連結されて入口から材料を受け入れ、ノズル８２０に連結されて、加熱された材料を装置８００から排出する。具体的には、充填材料は、入口８２２を通して供給され、加熱領域８１８で誘導加熱アセンブリ８３０によって加熱される。充填材料は、分散媒体と、分散媒体全体に分散された導電性材料とを含むことができる。導電性材料は、ナノテルミットまたはマイクロテルミットなどの反応性金属化合物とすることができ、分散媒体は、充填材料を共に保持して装置８００に供給できるようにするためのゲルまたは固体とすることができる。したがって、誘導加熱アセンブリ８３０は、充填材料を、固体状態またはゲル状態から、エネルギーが付与された流体状態またはプラズマ状態へとエネルギーを付与し、ノズル８２０から排出する。エネルギーが付与された流体またはプラズマは、２つの基板の間に適用されて、２つの基板を共に接合することができる。

【0042】

本開示は、誘導に基づく技術を使用して２つの基板を接合するためのシステムおよび方法を提供し、それにより、導電性材料を含む充填材料は、誘導加熱によってエネルギーが付与される。２つの基板は、互いに異種の材料とすることができる。誘導溶接技術では、ナノエネルギー複合材料のスラリー、メタマテリアルのスラリー、ポリマーのスラリー、または反応性金属化合物のスラリーを充填材料として使用することができる。充填材料の特性は、エネルギー放出プロファイルを制御するために選択することができる。さらに、誘導点火および／または誘導加熱の使用は、接合部にわたる一貫した加熱を可能にする。したがって、接合部は、線形の溶接部もしくは接合部に限定されず、実質的に平面の構成とすることができる。

【0043】

特許請求の範囲は、上記の実施例に記載された実施形態によって限定されるべきではなく、全体としての説明と一致する最も広い解釈を付与されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】