JPH02165895A - ロウ付け用材料 - Google Patents

ロウ付け用材料

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JPH02165895A
JPH02165895A JP31877888A JP31877888A JPH02165895A JP H02165895 A JPH02165895 A JP H02165895A JP 31877888 A JP31877888 A JP 31877888A JP 31877888 A JP31877888 A JP 31877888A JP H02165895 A JPH02165895 A JP H02165895A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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げ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B) 従来、銀70〜90重四%、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、とじて多用されている。
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
ト質焼結体く熱膨張係数:4.θ〜4.5 xlO−’
/ ’c)から成る絶縁容器と、コバール(鉄−ニッケ
ルーコバル) 合金) ヤ42A11oy(鉄−ニッケ
ル合金)等の鉄合金(熱膨張係数:11.5〜13.0
xlO−’/ ’c)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、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i艮(
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重景%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、銀(Ag)にインジウム(1nL アンチ
モン(Sb)を1.0乃至15.0重量%含有させた前
記ロウ付け用材料は共晶組成と異なるためロウ付け時の
凝固が徐々に進行するものとる。そのためこのロウ材を
使用して2つの部材をロウ付けする場合、加熱溶融状態
時にロウ材中に吸蔵された酸素、即ちロウ材の金属原子
間に取り込まれた酸素がロウ材の冷却過程時にロウ材の
表面部で濃縮され気泡となり、これがロウ材表面より放
出されてロウ材表面に多量のボイド(穴)を形成してし
まう。槌って、ロウ付け後のロウ材表面に該ロウ、材の
酸化腐蝕等を防止するためのめっき金属層を被着させた
場合、めっき金属層はロウ材の外表面が粗面であること
からその外表面全面を完全に覆うことができないという
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更にゲルマニウム(Ge)、ガ
リウム(Ga)の少なくとも1種を3.0重足%以下及
び/又はマンガン(Mn) 、シリコン(St)、リン
(P)の少なくとも1種を0.5重量%以下含有させる
と、該ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、マン
ガン(Mn)、シリコン(Si)、リン(P)等はロウ
材の凝固時にロウ材中に吸蔵された酸素が多量に放出さ
れるのを有効に抑制し、ロウ付け後のロウ材表面をボイ
ド(穴)の殆どない極めて平滑なものになし得ることを
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、ロウ付け後のロウ
材表面を平滑として、その外表面全面にめっき金属層を
均一厚みに、かつ完全覆う如く被着させることができる
ロウ付け用材料を提供することにある。
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vA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インジウム、アンチモンの少
なくとも1種を1.(l乃至15.0重量%含有させた
銀にゲルマニウム、ガリウムの少なくとも1種を3.0
重量%以下及び/又はマンガン、シリコン、リンの少な
くとも1種を0.5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(Sb)はその含有量が1.0乃至15.0重量
%の範囲に特定される。
またゲルマニウム、ガリウム、マンガン、シリコン、リ
ンは銀にインジウム、アンチモンを含有させたロウ材の
金属原子間に取り込まれる酸素をロウ材凝固時に気泡と
してロウ材表面部より多量に放出されるのを抑制し、ロ
ウ付け後のロウ材表面を平滑と成すための成分であり、
ゲルマニウムガリウムはその含有量が3.0重量%越え
ると、またマンガン、シリコン、リンはその含有量が0
.5flIffi%を越えると該ゲルマニウム、ガリウ
ム、マンガン、シリコン、リン等の酸化物が溶融したロ
ウ材の表面に浮遊し、ロウ付け後のロウ材表面を粗面に
してしまうことからゲルマニウム、ガリウムはその含有
量が3.0重量%以下に、またマンガン、シリコン、リ
ンはその含有量が0.5重量%以下に夫々特定される。
(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)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム
(Ga) 、マンガン(Mn)、シリコン(Si)及び
リン(P)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95及び2は本発明品と比較するだめの比
較試料であり、従来一般に使用されている銀ロウおよび
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 xlO−6/ 
℃)から成る基板の表面に設けた5mm x 2mm 
(面積10mm”)のタングステンメタライズ金属層2
0個に、幅0.4mm 、長さ201111I+、厚さ
0.15闘のコバール(熱膨張係数:11:5〜13.
0xlO−’/ ”c)から成る外部リード端子の一端
を約900℃に加熱してロウ付け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て、
ロウ付け強度の評価とする。
尚、前記外部リード端子のロウ付け面積は幅0゜4II
1m、長さ2.5開の1.0mm”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1着させである
また、同時に前記ムライト質焼結体から成る基板の表面
に5mm X 2mm (面積10mm”)のタングス
テンメタライズ金属層を設けたものを500個準備し、
該タングステンメタライズ金属層上に第1表に示ずロウ
材を900℃に加熱してロウ付けするとともにロウ材表
面にニッケル(Ni)及び金(Au)を夫々2゜0μm
 、1.5μmの厚みにめっきにより被着させる。そし
て次ぎに前記めっき金属層の表面をWJttXt鏡によ
り観察し、めっき金属層にボイドが発生しているもの、
即ち、めっき不良を起こしているものの数を調べ、これ
をロウ材の表面状態の評価とする。
尚、前記めっき不良の検査においては、その検査の正確
性を上げるためにロウ材表面にニッケル及び金をめっき
を施したものを+hsの濃度が3二ppFIのデシケー
タ内に設置し、めっき金属層が被着していない部位、即
ち、Pつ材が露出している部位をAg2Sに換え、黒色
化させた。
上記の結果を第1表に示す。
(以下、余白) 上記実験結果からも判るように従来の銀ロウ(試料番号
95)はその硬度(ビッカース罷度)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k(シてしまい、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(A
g)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2)はロウ付け後
のロウ材表面に多量のボイド(穴)が存在し、ロウ材の
外表面にめっきを施しても17.0χのめっき不良を発
生し、ロウ材の外表面全面をめっき金属層で完全に被覆
することはできない。
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69以下であり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、
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一切なく、ロウ材のロウ付
け強度が極めて高いことが判る。またロウ材のロウ付け
後の表面状態も極めて良く、平滑であることがらロウ材
の外表面にめっきを施してもめっき不良を発生すること
は殆どなく、ロウ材の外表面全面をめっき金属層で完全
に被覆することができる。
次に前記各コラ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90
0℃の温度で加熱熔融させて被着する。
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50μlの純水を滴下させるとともに
直流10ν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。
(以下、余白) 第 表 ものである 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i艮(Ag)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%含有させるとともにゲルマニウム、ガリウム
の少なくとも1種を3.0重量%以下及び/又はマンガ
ン、シリコン、リンの少なくとも1種を0.5重量%以
下含有させたことがらロウ材のロウ付け後の表面をボイ
ド(穴)のない平滑なものとなすことができ、その結果
、ロウ材表面に該ロウ材の酸化腐蝕等を防止するための
めっき金に層を被着させる場合、めっき金属層をロウ材
の外表面全面に均一厚みに、且つロウ材を完全に覆うよ
うに被着させることができる。
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、外部リート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材は用材料として好適
に使用することも可能となる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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%含有させた銀にゲルマニウム、ガリウム
    の少なくとも1種を3.0重量%以下及び/又はマンガ
    ン、シリコン、リンの少なくとも1種を0.5重量%以
    下含有させたことを特徴とするロウ付け用材料。
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