JP2759296B2 - ロウ付け用材料 - Google Patents

ロウ付け用材料

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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
材料の改良に関するものである。
(従来の技術) 従来、銀(Ag)70〜90重量%、銅(Cu)10〜30重量%
の合金より成る銀ロウはロウ付け強度が大きく、且つ接
合母材にあまり制約を受けないことから電子部分におけ
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ロウ付け後、大気中
に含まれる水分が付着すると銀ロウ中の銅(Cu)が酸化
され、銅(Cu)の酸化物(錆)を形成して変色すること
がある。
またこの銅の酸化物(錆)は導電性で、かつ拡散し易
いという性質を有しているため多数の外部リード端子が
近接してロウ付けされている電子部品においては前記錆
の拡散により隣接する外部リード端子が短絡し、その結
果、電子部品としての機能に支障をきたすという重大な
欠点を誘発していた。
更に銀ロウは主成分が銀(Ag)であり、該銀(Ag)は
エレクトロマイグレーション(金属原子の移行)を起こ
し易い金属であることから多数の外部リード端子が近接
してロウ付けされている電子部品において、作動時、ロ
ウ材に電圧が印加されるとロウ材を構成する銀(Ag)に
移行が行って隣接する外部リード端子間に短絡を招来し
てしまい、その結果、電子部品としての機能を喪失して
しまうという欠点も有していた。
(発明の目的) 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験を行った結
果、金(Au)にインジウム(In)とパラジウム(Pd)、
ロジウム(Rh)、コバルト(Co)、クロム(Cr)の少な
くとも1種とを所定量含有させ合金となしたものをロウ
付け用材料として使用すると接合母材にあまり大きな制
約を受けることなく接合母材に強固に接合し、且つロウ
付け後に導電性の錆やエレクトロマイグレーションの発
生が皆無であることを知見した。
本発明は上記知見に基づき、ロウ付け強度が大きく、
且つ接合母材にあまり制約を受けないという従来の銀ロ
ウの利点に加えて、ロウ付け後に変色や電子部品として
の機能に支障をきたすような導電性の錆及びエレクトロ
マイグレーションの発生を皆無となした新規なロウ付け
用材料を提供することをその目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明のロウ付け用材料は金(Au)にインジウム(I
n)を0.1乃至15.0重量%、パラジウム(Pd)、ロジウム
(Rh)、コバルト(Co)、クロム(Cr)の少なくとも1
種を0.1乃至5.0重量%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金(Au)に含有され
るインジウム(In)はロウ材の使用温度範囲を低下させ
るための成分であり、その含有量が0.1重量%未満であ
ると前記性質は付与されず、また15.0重量%を越えると
ロウ材が固くなって加工性が悪くなり、ロウ材を所定形
状に加工できなくなる。そのため金(Au)に含有させる
インジウム(In)はその含有量が0.1乃至15.0重量%の
範囲に特定される。
またパラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、コバルト
(Co)、クロム(Cr)の少なくとも1種はロウ材とメタ
ライズ金属層及び外部リード端子との濡れ性(反応性)
を改善するための成分であり、その含有量が0.1重量%
未満であると前記性質は付与されず、また5.0重量%を
越えるとロウ材が固くなって加工性が悪くなるとともに
外部リード端子及びメタライズ金属層とのロウ付け強度
が低下する。
従つて、含有されるパラジウム(Pd)、ロジウム(R
h)、コバルト(Co)、クロム(Cr)の少なくとも1種
はその含有量が0.1乃至5.0重量%の範囲に特定される。
更に前記金(Au)、インジウム(In)、パラジウム
(Pd)、ロジウム(Rh)、コバルト(Co)、クロム(C
r)の各々は化学的に安定で耐蝕性に優れ、且つエレク
トロマイグレーションを起こし難い金属であることから
ロウ材に大気中に含まれる水分等が付着したとしても導
電性の錆を発生することはなく、またロウ材に電圧が印
加されたとしてもエレトロマイグレーションをおこすこ
とも一切ない。
本発明は外部リード端子を有する電子部品、具体的に
はハイブリッドIC用配線基板、半導体素子収納用パッケ
ージ、コンデンサ、抵抗、マイクロスイッチ等種々の外
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。
(実施例) 次に本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
(I)評価資料 まず出発原料として金(Au)にインジウム(In)、パ
ラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、コバルト(Co)及び
クロム(Cr)を第1表に示す組成となるように秤量する
とともにこれを加熱溶融し、合金化させてロウ材試料を
得る。
尚、試料番号53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材(銀:72.0
重量%、銅:28.0重量%)である。
そしてこれらの評価試料を使用して下記の評価テスト
を行った。その結果を第1表に示す。
(II)評価テスト (a)外部リード端子ロウ付け強度テスト アルミナ質セラミックスから成るセラミック生シート
上面にダングステン(W)粉末に有機溶剤、溶媒を添加
混合して得たメタライズぺートを長さ0.5mm、幅0.2mm、
厚さ20μmのバターンに印刷(20個のバターンを印刷す
る)するとともにこれを還元雰囲気中(窒素−水素雰囲
気)中、約1500℃の温度で焼成し、表面にタングステン
メタライズ金属層を被覆させたセラミック基板を準備す
る。
次に前記メタライズ金属層上に幅0.5mm、長さ30.0m
m、厚さ0.2mmのコバール(Fe−Ni−Co合金)から成る外
部リード端子の一端を第1表に示すロウ材試料を使用し
て約900℃の温度でロウ付けし、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
部と反対の一体をロウ付け面に対し垂直方向に毎秒0.2m
mで張力を増加させながら引っ張り、外部リード端子が
メタライズ金属層より剥がれた際の全荷重を測定し、そ
の平均値をロウ付け強度とした。
なお、前記外部リード端子のロウ付け面積は幅0.5m
m、長さ1.0mmの0.5mm2となり、セラミック基板に設けた
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)がメッキ
により被覆させてある。
(b)耐腐蝕性テスト アルミナ質焼結体から成るセラミック基板上に幅1.0m
m、長さ10.0mmの矩形状のメタライズ金属層一対をその
先端が0.2mmの狭い間隔をもって対向するよう被着形成
(1000対のメタライズ金属層を被着形成)するとともに
該メタライズ金属層の外表面全体に第1表に示すロウ材
試料を約900℃の温度で加熱溶融させて被着する。
次に前記セラミック基板を表面温度が450℃に制御さ
れた熱板上に1分間載置した後、温度65℃、室温95%の
恒温恒湿槽中にて各メタライズ金属層に交互に+、−の
極性にて5Vの直流電圧を所定時間印加してロウ材試料の
腐食を加速度的に行わせ、しかる後、各ロウ材試料の表
面を顕微鏡で観察し、ロウ材試料が腐食、変色している
ものの数を数えるとともに総数に対する腐食発生率を求
めた。
尚、前記メタライズ金属層はタングステン(W)によ
り形成し、且つメタライズ金属層の表面にはニッケル
(Ni)をメッキにより被着させておいた。
(c)耐エレトロマイグレションテスト アルミナ質焼結体から成るセラミック基板上に幅1.0m
m、長さ10.0mmの矩形状のメタライズ金属層一対をその
先端が0.1mmの間隔をもって対向するよう被着形成(20
対のメタライズ金属層を被着形成)するとともに該メタ
ライズ金属層の外表面全面に第1表に示すロウ材試料を
約900℃の温度で加熱溶融させて被着する。
次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50μlの純水を滴下させるとともに直流10V
の電圧を印加し、各ロウ材試料にエレクトロマイグレシ
ョンを加速度的に行わせ、該エレクトロマイグレション
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エ
レクトロマイグレションの評価とした。
尚、前記メタライズ金属層はタングステン(W)によ
り形成し、且つメタライズ金属層の表面にはニッケル
(Ni)をメッキにより被着させておいた。
(発明の効果) 第1表から明らかなようにメタライズ金属層に外部リ
ード端子を従来の銀ロウを使用してロウ付け取着したも
のは外部リード端子のロウ付け強度が10.2kgと強いもの
の耐腐蝕性テストにおける腐蝕発生率が1000Hrのテスト
で46.7%と高く、また耐エレクトロマイグレーションテ
ストでも一対のメタライズ金属層間が短絡する時間は55
秒と極めて短い。従って、従来の銀ロウを使用したリー
ド付き電子部品は外部リード端子のロウ付け強度は強い
もののトウ材の耐腐蝕性が劣り、且つロウ材にエレクト
マイグレーションが極めて発生し易いものであることが
判る。
これに対し、本発明品は外部リード端子のロウ付け強
度が14.0Kg以上であり、外部リード端子がメタライズ金
属層に極めて強固にロウ付け取着されていることが判
る。
また本発明品は耐腐蝕性テストにおける腐蝕発生率も
1000Hrのテストで0.9%以下と低く、また耐エレクトロ
マイグレーションテストでも一対のメタライズ金属層間
が短絡する時間は1200秒以上と極めて長い。従って、本
発明のリード付き電子部品は外部リード端子のロウ付け
強度が強いものであると同時にロウ材の耐腐蝕性が優
れ、且つロウ材にエレクトロマイグレーションが発生し
ないものであることが判る。
また特に、ロウ材として金(Au)にインジウム(In)
を0.5乃至5.0重量%、パラジウム(Pd)、ロジウム(R
h)、コバルト(Co)、クロム(Cr)の少なくとも1種
を0.2乃至3.0重量%含有させたものは外部リード端子の
ロウ付け強度が16.0Kg以上となり、外部リード端子のロ
ウ付け取着強度が極めて高いものとなることが判る。
更にロウ材として金(Au)にインジウム(In)を0.5
乃至5.0重量%、パラジウム(Pd)を0.1乃至1.0重量%
含有させたものは腐蝕及びエレクトロマイグレーション
の発生を皆無として、且つ外部リード端子のロウ付け強
度が18.0Kg以上となり、外部リード端子のロウ付け取着
強度がより高いものとなることも判る。
尚、本発明においてはロウ材のビッカース硬度を60
(Hv)以下としておくと絶縁基体に設けたメタライズ金
属層に外部リード端子をロウ付け取着する際、ロウ材が
絶縁基体と外部リード端子の熱膨張係数の相違に起因し
て発生する応力を良好に吸収し、外部リード端子をメタ
ライズ金属層により強固にロウ付け取着することが可能
となることからロウ材はそのビッカース硬度を60(Hv)
以下としておくことが好ましい。
従って、本発明のロウ付け用材料は電子部品の外部リ
ード端子のロウ付け用材料として極めて有用である。
フロントページの続き (72)発明者 馬郡 正行 鹿児島県国分市山下町1番1号 京セラ 株式会社鹿児島国分工場内 審査官 坂本 薫昭

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金(Au)にインジウム(In)を0.1乃至15.
    0重量%、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、コバル
    ト(Co)、クロム(Cr)の少なくとも1種を0.1乃至5.0
    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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