CN1377753A - 焊接用Ag焊料和使用它的钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固相线温度和液相线温度在800～900℃范围的Ag焊料。焊接用Ag焊料由1.0～10.0重量%的锡(Sn)、2.5～10重量%的铜(Cu)、其余部分为Ag所形成。这种Ag焊料的固相线温度在800℃以上,液相线温度在900℃以下。根据需要,还可含有6.0重量%以下的锰(Mn)及/或0.1～2.5%的镍(Ni)。

Description

焊接用Ag焊料和使用它的钎焊方法

技术领域

本发明涉及焊接用Ag焊料和使用它的钎焊方法，特别涉及其固相线温度在800℃以上、液相线温度在900℃以下、廉价、且适用范围广、焊接性优良的Ag焊料。

技术背景

将Ag-Cu合金作为主成分的现有Ag焊料(JIS、Z3261)，其钎焊温度范围为620～900℃，固相线温度为605～780℃。这种Ag-Cu焊料，广泛用于金属焊接中，例如，向陶瓷基质上焊接金属、不锈钢之间的焊接、向不锈钢上焊接铜(Cu)制品，或铜件之间的焊接等。

这些现有的Ag-Cu焊料，根据其种类，低的，在605℃开始熔融，高的，在780℃开始熔融。

在只有一个焊接部位时，用这种现有的Ag焊料虽然比较理想，但，根据组装工序，在不同时间焊接数处部位时，使用各熔点不同的数种焊料，依次进行焊接作业。将这样的钎焊称作分步钎焊，或多段分步钎焊。通常首先使用熔点高的焊料，将某部位焊接住。随后，再用熔点低的焊料焊接别的部位。例如，首先使用熔点1000℃的Ni系焊料，进行焊接处理后，其他部位再用上述的Ag-Cu焊料焊接。

然而，使用Ni系高熔点焊料分步焊接，对于焊接对象的构件是耐热性很高的构件时，不存在问题，但对于在钎焊温度很容易软化的部件，例如将铜(Cu)制部件焊接搭载在基板上时，在焊接作业中，Cu制部件的母材发生软化，这样的结晶软化会影响设备的特性。

比以BAg-8为代表的现有Ag焊料熔融温度高的、而且具有对被焊接部件的母材软化没有影响的熔融温度的焊料，换言之，其固相线温度在800℃以上、液相线温度在900℃以下的Ag焊料，是最受欢迎的，但是，当前还不存在这种温度范围的Ag-Cu焊料。

在Ag-Cu系之外的焊料中，作为800-900℃熔融温度范围的焊料，有使用钯(Pd)的Pd系焊料(JIS，Z3267)、使用金(Au)的Au系焊料(JIS，Z3266)。然而、Pd系焊料和Au系焊料，与Ag焊料比较，材质价格极高，存在着制造成本极大的问题。

进而，作为其他的问题，在使用现有的Ag焊料，焊接像不锈钢构件等表面上具有钝性被膜的构件时，作为前处理，必须对被焊接构件实施镀Ni(镍)。这是因为，在钝性膜的影响下，不能确保表面扩展性，或焊料的扩展性。即，使用现有的焊料时，需要进行镀Ni部分，其余部分需要其他工序，导致制造成本增高。虽然也考虑了使用预先混合了Ni的现有Ag焊料(JIS)代替镀Ni，但BAg-13a和BAg-21的固相线温度在800℃以下，在低温钎焊时，有时再熔融不稳定。此外，BAg-23的固相线温度远远超过900℃，钎焊温度变得过高，很不理想。

进而作为其他问题，现有的Ag-Cu焊料中，将钎焊温度范围不重叠的2种Ag焊料，例如固相线温度为780℃的与液相线温度低于780℃的(例如，BAg-3)组合并进行分步钎焊时，存在不能进行真空处理的问题。低熔点的Ag-Cu系焊料的组成中含有锌(Zn)和镉(Cd)，这种焊料在真空室内用于焊接处理时，真空室内会形成污染，所以不得不在大气环境中进行焊接处理。

在大气环境中进行处理时，由于被焊接构件的表面被氧化，所以必须一边用助熔剂去除表面的氧化物一边进行焊接，在焊接后还需要去除助熔剂，整个被焊接物必须清洗。因此，增加焊接工序的同时，也影响到环境问题。

进而，在电子部件等焊接对象微小化的进程中，需要微小构件的焊接时，和需要气密封的构件也很多，如真空管、真空球等。在这样的气密钎焊和微小钎焊中，需要能够充分进入微小间隙内的浸透性。

发明内容

本发明的第1个目的是提供一种固相线温度在800℃以上、液相线温度在900℃以下的新型Ag焊料。

本发明的第2个目的是提供一种焊接之前，不需要对被焊接物(不锈钢、陶瓷等)进行镀Ni处理、并具有充分扩展性和浸透性的Ag焊料。

本发明的第3个目的是提供一种既可以在大气中进行处理，又能在真空室内进行焊接处理的Ag焊料。

本发明的第4个目的是提供一种适合气密性高的构件和微小电子部件的焊接、并具有浸透性的Ag焊料。

这样的Ag焊料，约在800℃开始熔融，约在900℃熔融结束。因此，通过将钎焊温度为620℃-800℃的现有Ag焊料与钎焊温度在1000℃以上的现有Ni焊料进行组合，可实现数次多分步钎焊。

本发明的新型Ag焊料与焊接对象的材质无关，可在广泛的领域内用作焊接的焊料。

为了达到上述目的，本发明1的焊接用Ag焊料由1.0-10.0重量％的锡(Sn)、2.5-10重量％的铜(Cu)、其余部分为银(Ag)构成。

这种Ag焊料的固相线温度在800℃以上，液相线温度在900℃以下。基本上是利用了Ag和Cu的共晶，通过将Cu的组成取为2.5-10重量％(以下根据情况只采用「％」)的范围，使Ag焊料的熔融温度范围大致设定在接近800℃-900℃的范围。再向其中添加Sn，可降低液相线温度，可将Ag焊接的熔融温度控制在800℃-900℃的目标范围内。Sn具有改善扩展性的效果，即使焊接物表面具有钝性被膜的情况，也没有必要实施镀Ni作为前处理。

Cu量在2.5％以下，难以将Ag焊料的液相线温度控制在900℃以下，若在10％以上，难以将固相线温度控制在800℃以上。

Sn量在1.0％以下，将Ag焊料的液相线温度控制在900℃以下的效果会降低。Sn量超过10.0％，会增加脆性，有损于以Ag和Cu作为主成分的基质的延展性。

上述Ag焊料的成本很低，而且浸透性非常好，能够发挥良好的焊接性。

本发明2的焊接用Ag焊料由1.0-10.0重量％的锡(Sn)、2.5-10重量％的铜(Cu)、6.0重量％以下的锰(Mn)、其余为银(Ag)所形成。通过添加6.0％以下的Mn，可提高(Ag)焊料的强度，同时也提高了对不锈钢和陶瓷的润湿性或扩展性。Mn含量在0.3-6.0％时，扩展性特别好。尤其是上述Ag焊料自身的浸透性非常好，但与Mn含量没有关系，即使Mn含量低于0.3％，作为整体的Ag焊料也能发挥适当的强度和良好的焊接性。当Mn量达到7.5％以上时，焊料过于扩展，导致焊接部分不稳定，很不理想。

根据焊接物，有时对Ag焊料的浸透性比对其扩展性更加重视。例如，对要求真空气密的真空管和真空球及微小部件进行焊接时，如果浸透性高，焊料能侵入到细微间隙，可提高焊接的可靠性。特别是在真空管和微小部件的焊接中，由于没有必要通过添加Mn获得强度，所以低Mn或无Mn的Ag焊料特别适于焊接气密构件和微小部件。

本发明3的焊接用Ag焊料由1.0-10.0重量％的锡(Sn)、2.5-10重量％的铜(Cu)、2.5重量％以下的镍(Ni)、其余部分为银(Ag)所形成。通过添加2.5重量％以下的镍(Ni)，可提高钎焊部分的润湿性或扩展性及焊接强度。当Ni含量超过2.5％时，导致液相线温度升高，难以将Ag焊料的液相线温度控制在900℃以下。

在这些Ag焊料中，可以用铟(In)置换一部分或全部锡。用In置换一部分Sn或全部Sn，也能将Ag焊料的固相线温度控制在800℃以上，液相线温度控制在900℃以下。同时能提高Ag焊料的扩展性或钎焊部分的扩展性，这样可提高焊接性。

Ag焊料含有锰(Mn)时，也可用钛(Ti)置换一部分或全部Mn。用Ti置换一部分或全部分Mn时，可达到与上述同样的效果，即，确保扩展性和提高焊接强度。即使被焊接部分有钝性膜覆盖，仍不需要镀Ni就能钎焊。

上述任何一种Ag焊料在固体状态下都存在以具有延展性的Ag和Cu为主成分的基质，以便包围含Sn的微小析出化合物。这样就能阻止具有脆性的含Sn化合物的龟裂和扩展，从而改善制造Ag焊料时的加工性(即，锻造、压延、拉丝)。同时，在焊接后保护了焊接层的脆化。

上述Sn的组成如果超过10％，在Ag-Cu基质中析出的含Sn化合物会大大增加，导致焊料自身的脆化。由于固相线温度过度降低，固体状态下析出的Sn化合物中的Sn量的大体标准是5％～60％(重量比)。

这样，Ag和Cu对整个焊料的材料物性共同发挥作用，特别是能左右固相线温度和液相线温度及机械强度。与此同时，焊接后能吸收传达到焊接部位的机械冲击，抑制龟裂的发生和传播。由于由Ag-Cu基质包围析出的含Sn化合物，所以也具有阻止以含Sn化合物为起点的龟裂扩展的效果。

为了调整固相线温度和液相线温度，Ag/(Ag+Cu)的比率最好为89.4～97.5％

上述任何一种Ag焊料，其制造成本与以前的Ag焊料大致相同，即使不使用高价的Pd系焊料(JIS，Z3267)和Au系焊料(JIS，Z3226)，通过与现有的Ag焊料组合使用，也能够进行多段分步钎焊，使最终制品的制造成本得到降低。

由于抑制了钎焊作业温度下被焊构件母材的软化，所以能确保最终制品的操作特性。由于本发明的Ag焊料的熔融温度范围为800～900℃，所以其他焊料的选择幅度在各段中很宽。实际钎焊焊接作业的温度与固相线温度相等或高于此温度，最好在比液相线温度高数十度的温度下进行。

由于组成中不含有Pb、Zn、Cd等，所以适于在真空室内焊接处理，这样就不需要使用大气处理中所必须的助熔剂(熔剂)及其清洗工序。进而，因为具有充分的扩展性和浸透性，所以，即使对表面具有钝性皮膜的不锈钢等进行焊接时，也不需要镀Ni的前处理。由于浸透性优良，适合对气密性有所要求的构件和微小电子部件的焊接。

本发明的其他特征和效果在经过以下具体实施例和比较例的详细说明后会更加明确。

附图说明

图1表示为证实本发明效果而进行的剪切强度和浸透性试验中所用的试验片。

图2为使用了本发明的Ag料的多段分步钎焊的说明图。

图中，1为被焊接部件，2为本发明的Ag焊料，3为不锈钢基板，4为氧化铝基板，5为Cu部件，7为现有焊料。

实施发明的最佳方式

(试验用Ag焊料的制作)

将直径50mm、长度400mm的各种组成坯料，在真空中约1050℃进行真空熔解后选择350～750℃退火，选择3-30％的加工率进行压延，重复必要的次数，加工成0.3mm厚度后，作为最终加工，利用切条机加工成规定宽度(如30mm)的板状焊料，将其作为试验用焊料示于表1和表2。

需要线材时，利用挤压将上述坯料挤压成直径10mm，再将其退火(350～750℃)和拔丝(加工率3-30％)，重复必要次数，得到直径0.1mm的线材。表1表2

(评价方法、评价条件)

如图1所示，准备2块宽24mm×长125mm×厚3mm的无镀不锈钢板，使其两端部的一部分重叠，如图1所示大致2～4mm，在重叠部分夹入表1所示组成的试验用板状焊料2。根据所用焊料的液相线温度，选择焊接温度(如875～925℃)进行钎焊后，根据JIS-Z-3192(钎焊接缝的剪切试验方法)评价焊接性。对预先实施镀Ni的不锈钢板进行同样的钎焊焊接作为参考。

分别测定各组成试验用焊料的1)剪切强度(N/mm²)、2)扩展性、3)浸透性，并进行观察，以观察结果为基准再进行综合评估，其结果示于表3和表4。剪切强度的评价按以下基准进行。

·350N/mm²以上时：评价A(优良)

·150～350N/mm²时：评价B(良好)

·150N/mm²以下时：评价C(不良)

扩展性的评价，将冲切成直径15mm的各组成试验用焊料板搭载在无镀SUS板上，观察加热到875～925℃时SUS板表面上焊料的流动(扩展)状况，按以下基准进行评价。

·加热时焊料面积的直径30mm以上：评价A(优良)

·加热时焊料面积的直径为15～30mm：评价B(良好)

·无扩展(或直径小于15mm)：评价C(不良)

浸透性的评价，如图1(b)所示，在2块重叠焊接物1的约0.05mm间隙A点处，放置φ1.0的焊料，熔融。然后，利用熔融金属的毛细管现象观察焊料向相反侧B点的到达度，按以下基准评价。

·完全到达B点：评价A(优良)

·几乎到达B点：评价B(良好)

·未到达B点：评价C(不良)

即使剪切性、扩展性和浸透性都达到上述要求，但温度范围未在本发明焊料的目标温度范围内，即不能够满足固相线温度在800℃以上，液相线温度在900℃以下的前提条件，引起真空室污染的产品也认为是不合格产品。

表3

实施例比较例	剪切强度(N/mm2)	扩展性	浸透性	备注焊料或钎焊部分的特征	综合判定
						实施例1实施例2实施例3实施例4比较例1实施例5实施例6	BBA～BBBA～BB	CBBBBBB	AAAAAAA	扩展性稍差、浸透性很好、整体焊接性良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。由Mn引起制品和炉内污染。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。	○○○○×○○
实施例7实施例8实施例9实施例10比较例2	BA～BA～BA～BB	CBBBB	AAAAA	扩展性稍差、浸透性很好、整体焊接性良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。由Mn引起制品和炉内污染。	○○○○×
						比较例3实施例11实施例12比较例4实施例13实施例14	ABBCBB	BBABBB	AAAAAA	难以将液相线温度(熔融结束温度)控制在900℃以下焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。Sn化合物巨大，剪切强度降低。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。	×○○×○○
实施例15实施例16比较例5	BBB	AAB	AAA	焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。固相线温度和液相线温度都形成高温度化。	○○×
						比较例6实施例17实施例18比较例7	BBBB	ABBB	AAAA	不利于将固相线温度控制在800℃以上。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。不利于将固相线温度控制在800℃以上。	×○○×
实施例19比较例8	AA	BC	AA	焊接强度、浸透性、扩展性都良好。液相线温度形成高温化。	○×

表4

实施例比较例	剪切强度(N/mm2)	扩展性	浸透性	备注焊料或钎焊部分的特征	综合判定
						实施例20实施例21实施例22实施例23	BBBB	CCCC	AAAA	扩展性稍差、浸透性很好、整体焊接性良好。扩展性稍差、浸透性很好、整体焊接性良好。扩展性稍差、浸透性很好、整体焊接性良好。扩展性稍差、浸透性很好、整体焊接性良好。	○○○○
实施例24实施例25实施例26	BBA～B	BBB	AAA	焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。	○○○
						实施例27实施例28实施例29	BBA～B	BBA～B	AAA	焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。焊接强度、浸透性、扩展性都良好。	○○○

以下对表1和表2所示组成的Ag焊料实施例和比较例作具体说明。

(实施例1～4)

将Sn量设定为4.0％，按0.1％、0.3％、2.5％、5.0％改变Mn量，进行钎焊处理后，测定剪切强度。[Ag-Cu-Mn-Sn]合金中的Mn量分别为0.1％、0.3％、2.5％和5.0％任何一种时，剪切强度为150～350N/mm²，评价为B，显现出良好的强度。

将冲切为直径15mm的各个焊料搭载在未镀Ni的SUS板上，根据进行钎焊处理时的扩展性实验，Mn含量为0.3％、2.5％、5.0％时(实施例2～4)都呈现出15～30mm左右的扩展，评价为B，显现出良好的扩展性。另一方面，Mn含量为0.1％时(实施例1)，扩展面积小于15mm，评价为C。

在浸透性试验中，Mn含量选自0.1％、0.3％、2.5％和5.0％，焊料都浸透到重叠的2块不锈钢板的细微间隙内，完全达到相反一侧，评价为A，呈现出良好的焊接质量。

Mn含量为0.1％时，扩展性稍稍差些，但由于具有充分的浸透性，在实际应用中作为焊料的焊接性良好。在对真空管进行密封和微小电子部件进行焊接时，焊料的浸透性成为更重要的要素，实施例1的焊料特别适用于微小钎焊和真空气密的用途。

实施例1-4的任何一种焊料的固相线(熔融开始)温度都在800℃以上，液相线温度都在900℃以下，达到目标温度范围。

表1和2中虽然没有示出，但使用了实施例1-4的组成的Ag焊料作为被焊接构件材料，选择实施镀Ni的SUS板时，呈现出更加稳定的剪切强度(大致提高10～50％)和良好的浸透性，即使是扩展性，实施例1-4中扩展面积大约都提高了10-30％。

(比较例1)

作为比较例，制造Sn含量为4.0％、Mn含量为7.5％的[Ag-Cu-Mn-Sn]坯料，并制作成0.1mm厚的板状焊料。将该板状焊料夹在图1所示2块无镀SUS板之间，进行钎焊处理后，同样测定剪切强度。得到150～350N/mm²的剪切强度，评价为B，显现出良好的强度。

以下，将冲切成直径15mm的比较例1(Mn量为7.5％)焊料搭载在无镀SUS板上，进行钎焊处理，根据此扩展性实验，显示出15～30mm的扩展性(评价B)，强度、扩展性都良好。浸透性也良好，整体焊接性更好。然而，随着Mn含量增加，蒸气压较高的Mn的蒸发量增多，产生污染焊接物和炉内环境的问题，进而，根据钎焊条件，Ag焊料过分扩展，有时焊接稳定性欠佳。制造焊料时的焊料质量也产生偏差，存在质量稳定性欠佳的问题。

由这些实施例和比较例，可知Mn量在0.1～6％的范围内呈现出良好的焊接性。

(实施例5、6)

在实施例1-4和比较例1中，虽然呈现出添加Mn的效果，但Mn和规定量的Ti共存时，也能发挥出同等的效果。在实施例5和6中，得到Mn量为1.5％，Ti分别为0.5％和2.0％的[Ag-Cu-Mn-Sn-Ti]的坯料后，制成0.1厚的板状焊料。将这些板状焊料夹在图1所示2块无镀SUS板之间，进行钎焊处理后，同样测定剪切强度。含0.5％Ti时，显示出350N/mm²以上的剪切强度(评价A)和150～350N/mm²的剪切强度(评价B)，含2.0％Ti时，显示出150～350N/mm²的剪切强度(评价B)，显现出良好的强度。

将冲切成直径15mm的各种焊料搭载在无镀SUS板上，根据同时进行钎焊处理的扩展性实验，在这两种焊料上显示出15～30mm的扩展(评价B)，显现了良好的扩展性。利用毛细管现象的浸透性的观察结果也很优良。

作为参考，Mn量同样为1.5％、Ti量增到5％时，生成大量的CuTi化合物，导致加工性降低，可知加工板状和线状的工序变得复杂，不利于工业应用。

(实施例7～10和比较例2)

在实施例1-6和比较例1的[Ag-Cu-Mn-Sn]合金中，Mn量为0.1％～6.0％或其部分被置换成Ti时，发挥出良好的焊接强度(剪切强度)和扩展性。实施例7～10是在实施例1～4的合金中添加1.0％的Ni的情况，对其剪切强度和扩展性进行了评估。结果示于表3，剪切强度提高10-40％(评价A～B)、扩展性(润湿性)也进一步稳定。虽然含有Mn或Ti，但浸透性非常好。

另一方面，作为比较例2，Mn量为7.5％时，与比较例1一样，钎焊后的剪切强度、扩展性、浸透性都达到了合格基准，但是，Mn的蒸发量增多，确认炉内产生污染，不理想。

(实施例11～12和比较例3～4)

实施例1-10和比较例1、2的[Ag-Cu-Mn-Sn]合金中，Sn量取为4.0％时，都呈现出剪切强度、扩展性、浸透性，但在实施例11和12中，Sn量分别变为1.0％和10％时，证实也发挥了良好的焊接效果。即，制造Sn量为1.0％和10％的焊料，将这些板状焊料夹在图1所示2块无镀SUS板之间，进行钎焊处理。之后，测定剪切强度，Sn量为1.0％、10％时，都呈现出150～350N/mm²的剪切强度(评价B)，发挥出良好的强度。将冲切成直径15mm的各种焊料搭载在无镀SUS板上，同时进行钎焊处理，根据该扩展性实验，Sn量为1.0％时(实施例9)，显示出15～30mm的扩展(评价B)，发挥出良好的扩展性。Sn量为10％时(实施例10)，显示出30mm以上的扩展(评价A)，进一步提高了扩展性，不论Sn量如何变化，浸透性最好。

通过在1.0％～10％之间调整Sn的含量，可保持Ag焊料的良好焊接性，同时又能将固相线温度、液相线温度控制在800～900℃的目标范围内。

与其相反，在比较例3中将Sn量取为0.1％时，剪切强度在350N/mm²以上(评价A)、扩展面积为15～30mm(评价B)，每种特性都很好。然而，Ag焊料的液相线温度没能在900℃以下，由于没有达到本发明的第1个目的，所以不理想。作为比较例6，将Sn量取为20％时，根据扩展性实验，显示出15mm以上～30mm的扩展(评价B)，虽然也在合格范围内，但剪切强度的测定结果却低于150N/mm²(评价C)、可知焊接强度低劣。根据显微镜的组织研究认为其原因是生成了大量的Sn化合物。

(实施例13～14)

在实施例11～12和比较例3～4中，虽然示出了Sn量的适当范围，但Sn和规定量的In共存，也能获得同等的效果。在实施例13和14中，将Sn量取为4％，将In量分别取为1.0％和5.0％，得到[Ag-Cu-Mn-Sn-In]坯料后，制成0.1厚的板状焊料。将这样的板状焊料夹在图1所示的2块无镀SUS板之间，进行钎焊处理后，同样测定剪切强度。实施例13和14都显示出150～350N/mm²的剪切强度(评价B)，发挥出良好的强度。将冲切成直径15mm的各焊料搭载在无镀SUS板上，同时进行钎焊处理，根据扩展性实验，在无镀SUS板上显示出15mm以上～30mm的扩展(评价B)、显现出良好的扩展性。

虽然表中没有示出，但作为参考，将Sn量保持在4.0％、并将In量增加到10％时，加工性显著降低，可知加工成板状和线状的工序变得很复杂，不能工业实用。

(实施例15～16和比较例5)

在实施例7～10和比较例2中，示出了将[Ag-Cu-Mn-Sn-Ni]合金中的Ni量取为1.0％时，适于剪切强度、扩展性的Mn量。在实施例15和16中，将Sn量取为4.0％、Mn量取为1.5％、改变Ni量，确认其效果。即，将Ni量分别取为0.1％(实施13)和2.5％(实施例14)，得到[Ag-Cu-Mn-Sn-Ni]坯料后，制造出0.1mm厚的板状焊料。将这些板状焊料夹在图1所示2块无镀SUS板之间，进行钎焊处理后，同样测定剪切强度。任何一个实施例都显示出150～350N/mm²的剪切强度(评价B)，发挥出良好的强度。将冲切成直径15mm的各种焊料搭载在无镀SUS板上，同时进行钎焊处理的扩展性实验，双方在无镀SUS板上显示出30mm以上的扩展(评价A)，发挥出良好的扩展性。利用挤压机将上述坏料挤压成直径10mm，将其退火(350～750℃)和拔丝(加工率3～30％)，重复必要次数，得到直径0.1mm的线材，同样测定剪切强度，实施扩展性评价，在同等的Ni量范围内，发挥出良好的特性，浸透性也很好。

另一方面，作为比较例5，将Ni量增加到5.0％，进行同样的钎焊处理，焊接后的剪切强度为150～350N/mm²(评价B)，根据扩展性实验，冲切成直径15mm的焊料，在无镀SUS板上显示出15mm以上～30mm的扩展(评价B)、浸透性也很好。然而，液相线温度升高，由于不能控制在900℃以下，所以很不理想。

如上所述，焊料中的Ni量在2.5％以下，同时具备焊接强度(剪切强度)、扩展性和浸透性，而且，液相线温度也能控制在900℃以下。

(实施例17～18和比较例6～7)

在实施例17、18中，确证在[Ag-Cu-Mn-Sn]合金或[Ag-Cu-Mn-Sn-Ni]合金中的适宜Cu量。Ag焊料中所含Cu量与Ag的含量都对合金的固相线温度和液相线温度调整在规定值范围之内起着重要的作用。

在实施例17中，Cu量取为2.5％(Mn量为1.5％，Sn为4.0％)、Ag量取为92.0％(Ag+Cu＝94.5％、Ag/(Ag+Cu)＝97.4％)。进行钎焊处理后，显示出的剪切强度为150～350N/mm²(评价B)、15mm以上～30mm的扩展(评价B)、焊料在焊接物的间隙中完全浸透到相对一侧，全都显示出良好的特性。进而，也能将焊料的固相线温度、液相线温度控制在800～900℃的范围内。

在实施例18中，将Cu量取为10.0％、Ag量取为84.5％(Ag+Cu＝94.5％、Ag/(Ag+Cu)＝89.4％)时，进行钎焊处理后，剪切强度为150～350N/mm²(评价B)。扩展性测试中显示出15mm以上～30mm的扩展，浸透性也很好，在该组成中，全都显示出良好的特性，固相线温度、液相线温度也能控制在800～900℃的范围内。

与其相反，作为比较例6，准备Cu量1.0％、Ag量93.5％(Ag+Cu＝94.5％、Ag/(Ag+Cu)＝98.9％)的Ag焊料，进行钎焊处理后，剪切强度为150～350N/mm²(评价B)，在扩展性实验中，冲切成直径15mm的焊料在无镀SUS板上显示出30mm以上极好的扩展性(评价A)，两种特性都很好。浸透性也极好。然而，该组成不能将液相线温度控制在900℃以下。

作为比较例7，将Cu量取为20.0％、Ag量取为74.5％(Ag+Cu＝94.5％、Ag/(Ag+Cu)＝78.8％)时，进行钎焊处理后，剪切强度为150～350N/mm²(评价B)，发挥出良好的强度，在扩展性实验中，在无镀SUS板上呈现出15～30mm的扩展(评价B)。浸透性也最好。然而，固相线温度难以控制在800℃以上。

(实施例19和比较例8)

在实施例19中，将Cu量取为2.5％(Mn量为0.5％、Sn量为1.0％)，将Ag量增加到96.0％(Ag+Cu＝98.5％、Ag/(Ag+Cu)＝97.5％)，以该组成进行钎焊处理后，剪切强度在350N/mm²以上(评价A)，扩展性显示出15mm以上～30mm的扩展(评价B)，浸透性也极好。固相线温度和液相线温度能控制在800～900℃的范围。

与其相反，在比较例8中，将Cu量取为0.5％(Mn量为0.5％，Sn量为1.0％)、Ag量为98.0％(Ag+Cu＝98.5％、Ag/(Ag+Cu)＝99.5％)。进行钎焊处理后，剪切强度在350N/mm²以上(评价A)，浸透性也极好，但扩展性在15mm以下(评价C)。而且，液相线温度上升到900℃，很不理想。

(实施例20～23)

在实施例20～23中，将Ag焊料的Cu含量取为6.0％，Sn含量分别取为1.0％、4.0％、7.0％、10.0％，其余部分为Ag，测定其焊接性。在这些组成中，由于不含Mn，所以在扩展性的测定中低于15mm，稍稍低劣，剪切强度评价为B、浸透性也很好，焊料焊接性的综合评价很好，满足了固相线温度在800℃以上，液相线温度在900℃以下的目标范围。这些组成的Ag焊料与在单一平面上的扩展性相比，更为重视向2个焊接物间隙的浸透性时，例如，要求微小构件的焊接和不希望含有蒸发金属元素的真空管等气密性时，最为适宜。

(实施例24～26)

在实施例24～26中，将Sn含量取为4.0％、Cu含量取为6.0％，Ni含量分别取为0.5％、1.5％、2.5％，其余部分为Ag，测定其焊接性。在这些组成中，剪切强度、扩展性、浸透性都显示出良好的特性，可知焊接性极好。

(实施例27～29)

在实施例27～29中，证实本发明的Ag焊料并不限于SUS，可适用于更广泛的构件材料。即，直到实施例26，作为焊接物，只选择了无实施镀的SUS(不锈钢)作为示例，但在实施例27～29中，作为焊接物分别选择无镀SUS和氧化铝、无镀SUS和Cu、Cu和Cu。任何一种情况都显示出良好的剪切强度、扩展性和浸透性。虽然表中未示出，在使用镀SUS代替无镀SUS时，呈现出更为稳定的剪切强度、扩展性和浸透性。

以下对将本发明的Ag焊料和现有的Ag焊料进行组合，依次焊接不同部位的分步钎焊进行说明。

例如，如图2所示，考察在不锈钢基板3上焊接熔点为1083℃的Cu部件5，在该Cu部件5上覆盖焊接陶瓷、氧化铝等任意材料构件4的情况，这时，不能同时焊接Cu部件5与下面的不锈钢基板3和上面的构件4。当Cu部件5的焊接面向上进行焊接时，焊料会流落下来，会污染Cu部件5，进而污染下面的不锈钢基板3。

因此，Cu部件5的焊接面常常向下，首先焊一个面，然后将Cu部件5翻转再焊接另一面。

在图2所示实例中，在焊接表面具有钝性被膜的不锈钢基板3和Cu部件5时，使用本发明的Ag焊料2。在不锈钢基板3和在规定位置配置的Cu部件5之间，插入切割好的本发明Ag焊料片，将氛围气加热到920～925℃进行钎焊。由于作业温度设定为该范围，所以能避免对Cu部件5的母材软化产生不良影响。由于本发明的Ag焊料扩展性极好，所以在焊接前不需要对不锈钢基板3作镀Ni处理

以下使用熔融温度比本发明Ag焊料的固相线温度低的现有Ag焊料7，在Cu部件的其他面，例如焊接氧化铝基板4。这时，使Cu部件5的焊接面向下，再使预先焊接在不锈钢基板3上的组件逆转向，这样，在800℃以下的作业温度下对全部组件加热处理进行钎焊。

上述钎焊处理可在大气中进行，也可在真空室内进行。

以下根据实施例30～33证实使用本发明Ag焊料进行分步钎焊的效果。

(实施例30)

预先利用本发明的Ag焊料焊接第1焊接部位，接着在第2焊接部位配置公知的共晶Ag焊料[72％Ag-其余为Cu](固相线温度780℃，液相线温度780℃)，选择在上述第1焊接部位所用本发明Ag焊料不熔融的温度，与第1焊接部位同时进行加热处理。焊接完成后，对第1焊接部位进行剪切强度、浸透性、扩展性的评价，浸透性评价为A，对剪切强度和扩展性评价为A～B。

(实施例31)

利用现有的焊料JIS Z3265的BNi-2(固相线温度995℃、液相线温度1000℃)焊接第1焊接部位。接着，用本发明的Ag焊料焊接第2焊接部位。进而，在第3焊接部位配置公知的共晶Ag焊料(固相线温度780℃，液相线温度780℃)。在上述第2焊接部位用本发明Ag焊料的固相线温度和第3焊接部位用共晶Ag焊料的液相线温度之间的温度下，对第1焊接部位和第2焊接部位同时进行加热处理，完成多段分步钎焊。随后，对第2焊接部位评价浸透性、剪切强度和扩展性。浸透性评价为A，对剪切强度和扩展性评价为A～B。

(变形例)

在实施例30～31中，被焊接物主要都是无镀不锈钢板，但即使用于预先进行了镀Ni的不锈钢的焊接，在剪切强度、浸透性和扩展性方面也都能够获得良好的结果。如图2所示，即使一方或两方为Cu等其他金属、合金时，或为氧化铝等非金属时，在焊接部位都获得了良好的剪切强度、浸透性和扩展性。

本发明提供了一种前所未有的具有800～900℃固相线温度和液相线温度的Ag焊料。由于没有使用高价的Pd，所以可以低成本进行焊接。

将本发明的Ag焊料用作多段分步钎焊中的一种焊料时，另一种焊料的选择幅度和焊接作业温度的选择范围都很大。

在实施例27～29中，证实本发明的Ag焊料并不仅限于用于SUS，它能适用于更多的材料构件。即，直到实施例26中，作为被焊接物只选择了未实施电镀的SUS(不锈钢)作为示例，但在实施例27～29中，作为焊接物分别选择了无镀SUS和氧化铝、无镀SUS和Cu、Cu和Cu。任何一种情况都显示出优良的剪切强度、扩展性和浸透性。虽然表中未示出，但在用镀SUS时，呈现出更稳定的剪切强度、扩展性和浸透性。

特别是在焊接容易引起母材软化的部件时的多段分步钎焊中，可有效地使用。

不论被焊接物的材质如何，本发明的Ag焊料可广泛使用，即使在不锈钢等表面不实施镀Ni，仍能获得良好的钎焊效果。

本发明的Ag焊料不仅适用于大气中的处理，也适用于在真空室内的焊接处理，而且不需要FLUX溶剂处理。

Claims (13)

1.一种焊接用Ag焊料，其特征是由1.0～10.0重量％的锡(Sn)、2.5～10重量％的铜(Cu)、其余部分为银(Ag)所形成。

2.一种焊接用Ag焊料，其特征是由1.0～10.0重量％的锡(Sn)、2.5～10重量％的铜(Cu)、6.0重量％以下的锰(Mn)，其余部分为银(Ag)所形成。

3.一种焊接用Ag焊料，其特征是由1.0～10.0重量％的锡(Sn)、2.5～10重量％的铜(Cu)、2.5重量％以下的镍(Ni)，其余部分为银(Ag)所形成。

4.根据权利要求2记载的焊接用Ag焊料，其特征是还含有2.5重量％以下的镍(Ni)。

5.根据权利要求2或4记载的焊接用Ag焊料，其特征是上述锰(Mn)的一部分或全部用钛(Ti)置换。

6.根据权利要求1-5中任一项记载的焊接用Ag焊料，其特征是上述锡(Sn)的一部分或全部用铟(In)置换。

7.根据权利要求1-6中任一项记载的焊接用Ag焊料，其特征是上述Ag焊料中的以银(Ag)和铜(Cu)为主成分的基质以包围着含有锡(Sn)的微小析出化合物形式存在。

8.根据权利要求1-6中任一项记载的焊接用Ag焊料，其特征是上述Ag焊料的固相线温度在800℃以上，液相线温度在900℃以下。

9.一种多段分步钎焊方法，其特征是包括以下步骤，即，

制造由1.0～10.0重量％的锡(Sn)、2.5～10重量％的铜(Cu)、其余部分为银(Ag)所形成的、其固相线温度在800℃以上的第1焊接用Ag焊料的步骤、

使用上述第1焊接用Ag焊料对任意部件的第1部分进行钎焊的步骤、

使用具有比上述第1焊接用Ag焊料的固相线温度低的液相线温度的第2焊接用焊料，对上述部件的第2部分进行钎焊的步骤。

10.一种多段分步钎焊方法，其特征是包括以下步骤，即，

制造由1.0～10.0重量％的锡(Sn)、2.5～10重量％的铜(Cu)、其余部分为银(Ag)所形成的、其液相线温度在900℃以下的第1焊接用Ag焊料的步骤、

使用具有比上述第1焊接用焊料的液相线温度高的固相线温度的第2焊接用焊料，对任意部件的第1部分进行钎焊的步骤、

使用上述第1焊接用Ag焊接材料，对上述部件的第2部分进行钎焊的步骤。

11.根据权利要求9或10记载的多段分步钎焊方法，其特征是上述第1焊接用Ag焊料的制造步骤中，使所得Ag焊料还含有6重量％以下的锰(Mn)。

12.根据权利要求9或10记载的多段分步钎焊方法，其特征是上述第1焊接用Ag焊料的制造步骤中，使所得Ag焊料还含有2.5重量％以下的镍(Ni)。

13.根据权利要求9或10记载的多段分步钎焊方法，其特征是上述第1焊接用Ag焊料的制造步骤中，使所得Ag焊料还含有6重量％以下的锰(Mn)和2.5重量％以下的镍(Ni)。

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