JP2686548B2 - ロウ付け用材料 - Google Patents

ロウ付け用材料

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JP2686548B2 JP63315981A JP31598188A JP2686548B2 JP 2686548 B2 JP2686548 B2 JP 2686548B2 JP 63315981 A JP63315981 A JP 63315981A JP 31598188 A JP31598188 A JP 31598188A JP 2686548 B2 JP2686548 B2 JP 2686548B2
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Tokuriki Honten Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006Ag as the principal constituent

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はロウ付け用材料に関し、より詳細には電子部
品における外部リード端子のロウ付けに使用されるロウ
材の改良に関するものである。
(従来技術及びその課題) 従来、銀70〜90重量%、銅10〜30重量%の合金から成
る銀ロウは接合部材にあまり制約を受けないこと及び使
用温度範囲(溶融温度範囲)が低いことから電子部品、
例えば半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケー
ジや回路配線基板等における外部リード端子のロウ付け
用材料として多用されている。
しかし乍ら、この従来の銀ロウはそのビッカース硬度
(Hv)が82〜90であり、硬いことから熱膨張係数が大き
く相違する2つのもの、例えば半導体素子を収容するた
めの半導体素子収納用パッケージにおいてはムライト質
焼結体(熱膨張係数:4.0〜4.5×10-6/℃)から成る絶縁
容器と、コバール(鉄−ニッケル−コバルト合金)や42
Alloy(鉄−ニッケル合金)等の鉄合金(熱膨張係数:1
1.5〜13.0×10-6/℃)から成る外部リード端子をロウ付
けする場合、そのロウ付け部に両者の熱膨張係数の相違
に起因する大きな応力が発生し、内在し、その結果、外
部リード端子に小さな外力が印加されても該外力は前記
内在応力と相俊って大となり、外部リード端子を絶縁容
器より剥離させてしまうという欠点を有していた。
そこで上記欠点を解消するために本出願人は先に銀
(Ag)にインジウム(In)、アンチモン(Sb)の少なく
とも1種を1.0乃至15.0重量%含有させたロウ付け用材
料を提案した。このロウ付け用材料はロウ材の使用温度
が低く、接合部材との濡れ性が良好であるとともにロウ
材の主成分である銀(Ag)のマイグレーション(移行)
が殆どないという従来の銀ロウと同等の利点に加えて、
ロウ材自身の硬度を低いものとし、熱膨張係数が大きく
異なる2つの部材をロウ付けした際、両部材間に発生す
る応力をロウ材自身が変形することにより吸収除去し、
これによって両部材を強固に接合することを可能とす
る。
しかし乍ら、インジウム(In),アンチモン(Sb)は
銀(Ag)と低い温度で共晶物を形成する元素であるた
め、前記ロウ付け用材料を用いて2つの部材をロウ付け
する場合、ロウ付けの昇温速度が30℃/分以下の遅い速
度であると、ロウ付け用材料中のインジウム(In),ア
ンチモン(Sb)が銀(Ag)と共晶物を作り、ロウ付け用
材料を銀(Ag)と銀(Ag)−インジウム(In)或いは銀
(Ag)−アンチモン(Sb)の共晶物とに分かれ、所謂、
溶け分かれを発生してしまい、その結果、ロウ付け用材
料全体の融点が極めて高いものとなる欠点を有してい
た。
(発明の目的) 本発明者等は上記欠点に鑑み更に種々の実験を行った
っ結果、銀(Ag)にインジウム(In)、アンチモン(S
b)の少なくとも1種を1.0乃至15.0重量含有させたロウ
付け用材料に錫(Sn),銅(Cu),ニッケル(Ni)、パ
ラジウム(Pd)の少なくとも1種を3重量%以下添加す
ると、該錫(Sn),銅(Cu),ニッケル(Ni)、バラジ
ウム(Pd)等は銀(Ag)とインジウム(In)、アンチモ
ン(Sb)との共晶物生成を有効に抑制してロウ付け用材
料の溶け分かれを極小となし、ロウ付け用材料全体の融
点を低いものになすことができることを知見した。
本発明は上記知見に基づき、使用温度範囲が低く、接
合部材に大きな制約を受けず、熱膨張係数が大きく異な
る2つの部材を強固にロウ付けすることができるという
従来のロウ付け用材料の利点に加えて、ロウ付け時の昇
温条件に大きな制約を受けないという新規なロウ付け用
材料を提供することをその目的とするものである。
本発明は外部リード端子を有する電子部品、具体的に
は、半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ
やハイブリッドIC用配線基板、コンデンサ、抵抗、マイ
クロスイッチ等の外部リード端子のロウ付け用材料とし
て好適に使用される。
(課題を解決するための手段) 本発明のロウ付け用材料は銀にインジウム、アンチモ
ンの少なくとも1種を1.0乃至15.0重量%及び錫、銅、
ニッケル、パラジウムの少なくとも1種を3重量%以下
含有させたことを特徴とするものである。
本発明のロウ付け用材料において添加されるインジウ
ム(In)、アンチモン(Sb)はロウ材の硬度及び使用温
度範囲を低下させ、且つ接合部材との濡れ性を良好とす
るとともにロウ材の主成分である銀(Ag)のマイグレー
ション(移行)を防止するための成分であり、その含有
量が1.0重量%未満であると所望の前記性質は付与され
ず、また15.0重量%を越えるとロウ材の硬度が高くな
り、熱膨張係数が大きく相違する2つの部材をロウ付け
する際、両部材間に発生する応力をロウ材が良好に吸収
することができなくなってロウ付け強度を大幅に低下さ
せてしまうことからインジウム(In)、アンチモン(S
b)はその含有量が1.0乃至15.0重量%の範囲に特定され
る。
また錫(Su)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウ
ム(Pd)は銀(Ag)とインジウム(In)、アンチモン
(Sb)との共晶物生成を抑制する成分であり、3.0重量
%を越えるとロウ材の硬度が高くなり、熱膨張係数が大
きく相違する2つの部材をロウ付けする際、両部材間に
発生する応力をロウ材が良好に吸収することができなく
なってロウ付け強度を大幅に低下させてしまうことから
錫(Sn)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(P
d)等の含有量は3.0重量%以下の範囲に特定される。
(実施例) 次に本発明を実施例に基づいて説明する。
まず出発原料として銀(Ag)、インジウム(In)、ア
ンチモン(Sb)、錫(Sn)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)
及びパラジウム(Pd)を第1表に示す組成となるように
秤量混合し、これを合金化させるとともに所定の形状に
加工してロウ材試料を得る。
尚、試料番号36及び1、2、35は本発明品と比較する
ための比較試料であり、従来一般に使用されている銀ロ
ウ及び先に提案したロウ付け用材料である。次ぎに、得
られた各ロウ材試料を使用し、ムライト質焼結体(熱膨
張係数:4.0〜4.5×10-6/℃)から成る基板の表面に設け
た5mm×2mm(面積10mm2)のタングステンメタライズ金
属層20個に、幅0.4mm、長さ20mm、厚さ0.15mmのコバー
ル(熱膨張係数:11.5〜13.0×10-6/℃)から成る外部リ
ード端子の一端を昇温速度30℃/分の速度で約900℃に
加熱してロウ付けし、そのロウ付け状態を顕微鏡により
観察するとともに外部リード端子のロウ付け部と反対の
一端にロウ付け面に対し垂直方向の外力を加えて引っ張
り、外部リード端子がムライト質焼結体から成る基板よ
り剥がれた個数を調べた。
尚、前記外部リード端子のロウ付け面積は幅0.4mm、
長さ2.5mmの1.0mm2となし、ムライト質焼結体から成る
基板に設けたタングステンメタライズ金属層及び外部リ
ード端子の外表面にはそれぞれニッケル(Ni)及び金
(Au)がめっきにより層着させてある。
上記の結果を第1表に示す。
上記実験結果からも判るように従来の銀ロウ(試料番
号36)はその硬度(ビッカース硬度)が82であり、硬い
ことから熱膨張係数が大きく相違する2つの部材をロウ
付けした場合、ロウ付け後に一方の部材に3Kgの力が印
加されると両部材は全て剥離してしまい、ロウ材のロウ
付け強度が極めて低い。また先に提案した銀(Ag)にイ
ンジウム(In),アンチモン(Sb)を含有させてなるロ
ウ付け用材料(試料番号1、2、35)はロウ付け時の昇
温速度が30℃/分であるとロウ材中に溶け分かれが発生
し、900℃の温度ではロウ材が完全に溶解せず外部リー
ド端子を強固にロウ付けすることができない。
これに対し、本発明のロウ付け用材料はその硬度(ビ
ッカース硬度)が68以下であり軟らかいこと及びロウ付
け時の昇温速度が30℃/分であっても溶け分かれが発生
せず、ロウ材が完全に溶融することから熱膨張係数が大
きく相違する2つの部材をロウ付けした場合、ロウ付け
後に一方の部材に4Kgの外力を印加したとしても両部材
は剥離することが全くなくロウ材のロウ付け強度が極め
て高いことが判る。
次に前記各ロウ材試料における銀のマイグレーション
(移行)につき以下に示す加速度試験により調べる。
調べる方法としては、まずムライト質焼結体から成る
基板上に幅2.7mm、長さ20mmの矩形状のメタライズ金属
層一対をその先端部が0.7mmの間隔をもって対向するよ
うに被着形成するとともに外メタライズ金属層の外表面
全面に第1表に示す各ロウ材試料を約900℃の温度で加
熱溶融させて被着する。
そして次ぎに前記各ロウ材試料が被着された一対のメ
タライズ金属層間に50μの純水を滴下させるとともに
直流10Vの電圧を印加し、各ロウ材試料より銀を加速度
的に移行させ、該銀の移行により両メタライズ金属層が
短絡状態となるまでの時間を求めるとともにその時間の
長さを各ロウ材試料の耐マイグレーションの評価とし
た。
尚、前記ムライト質焼結体上に設けられたメタライズ
金属層はタングステンにより形成し、かつメタライズ金
属層の表面にはニッケル(Ni)をめっきにより層着させ
ておいた。
上記の結果を第2表に示す。
上記実験結果からも明らかな如く、銀(Ag)に含有さ
せるインジウム(In)、アンチモン(Sb)の量が少ない
場合、ロウ付け用材料中に含まれる銀(Ag)のマイグレ
ーション(移行)が早く、短時間でメタライズ金属層間
が短絡してしまうのに対し、インジウム(In)、アンチ
モン(Sb)の量が1.0乃至15.0重量%としたものは銀(A
g)のマイグレーション(移行)が遅く、近接する2つ
のメタライズ金属層間の絶縁を長時間にわたり維持する
ことができる。
(発明の効果) 以上の通り、本発明のロウ付け用材料によれば銀(A
g)にインジウム(In)、アンチモン(Sb)の少なくと
も1種を1.0乃至15.0重量%及び錫(Sn)、銅(Cu)、
ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)の少なくとも1種を
3重量%以下含有させたことからロウ付け時の昇温速度
が遅くてもロウ材に溶け分かれが発生することはなくロ
ウ材を低い温度で完全に溶融させることができ、ロウ付
け時の昇温条件に大きな制約を受けることはない。
また本発明のロウ付け用材料は硬度が低く軟らかいこ
とから熱膨張係数が大きく相違する2つの部材をロウ付
けした場合、両部材間に発生する応力は前記軟質なロウ
付け用材料を変形させることによって吸収除去され、そ
の結果、両部材を極めて強固にロウ付けすることもでき
る。
更には本発明のロウ付け用材料は接合部材との濡れ性
及び耐マイグレーションにも優れており、従来の銀ロウ
と同様、外部リード端子が多数近接してロウ付けされて
なる電子部品の外部リード端子ロウ付け用材料として好
適に使用することも可能となる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銀にインジウム、アンチモンの少なくとも
    1種を1.0乃至15.0重量%及び錫、銅、ニッケル、パラ
    ジウムの少なくとも1種を0.5乃至3.0重量%含有させた
    ことを特徴とするロウ付け用材料。
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