JPH0570252A - ろう接用合金 - Google Patents

ろう接用合金

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JPH0570252A
JPH0570252A JP2108291A JP2108291A JPH0570252A JP H0570252 A JPH0570252 A JP H0570252A JP 2108291 A JP2108291 A JP 2108291A JP 2108291 A JP2108291 A JP 2108291A JP H0570252 A JPH0570252 A JP H0570252A
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JP
Japan
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alloy
brazing
ceramics
active element
ceramic
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JP2108291A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Takaku
潔 高久
Yorishige Hashimoto
頼重 橋本
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単かつ低温度で接合でき、高信
頼性を保持することができる、セラミックス相互あるい
はセラミックスー金属ろう接用合金を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明のろう接用合金は、Auを主成分と
し、副成分としてSb,In,Te,Pb,Al,S
i,Ge,Ga,Snの9種類の元素群から選択された
少なくとも1種類以上の元素を0.1〜50.0重量%含
み、活性元素を0.05〜10.0重量%含有する。ここ
で、前記活性元素はTi,Zr,Hf,Be,Zn,N
b等の元素群から選択された少なくとも1種類以上の元
素である。 【効果】 耐蝕性、信頼性を向上させ、前記合金の融点
を低下させ、ろう付け温度を低下させ、前記合金とセラ
ミックスとの密着性を高めることができ、前記合金とセ
ラミックスとを直接ろう接することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスのろう接
に好適に用いられるろう接用合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子、集積回路(IC、L
SI等)、コンデンサ等の電子部品工業においては、セ
ラミックス相互あるいはセラミックスー金属相互の接合
用としてろう接が広く使用されている。例えば、シリコ
ンチップをセラミックパッケージにろう接する場合、該
セラミックパッケージのろう接すべき位置にTi等の金
属をメタライズし、この上にNi、Auを順次メッキ
し、このAuメッキ上に前記シリコンチップをろう接す
る方法が一般的である。また、大容量の電池では、陽極
のステンレス容器と陰極のステンレス容器の間に絶縁性
のセラミックスを挿入して該セラミックスとステンレス
容器とをろう接して密閉構造とするのが一般的である。
また、上記のろう接用合金としては、例えば、Agを主
成分としたAg−Cu系、Ag−Cu−Ti系、Ag−
Sn系等の銀合金がよく知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のセラ
ミック用Ag系ろう接合金では、引張強度や熱伝導性に
優れているものの、セラミックスとろう接用合金との熱
膨張の差が大きく接合強度が低下したりあるいは剥離し
たり等の不都合が生じるという問題があった。
【0004】また、Ag粒子がマイグレーションを起し
易いために、このAgがろう付けされているセラミック
スや金属に拡散し易く、絶縁性を低下させたり導通状態
を引き起こしたり等の問題を発生させる恐れがあり、信
頼性が低下する主要因になっていた。また、一般のろう
接合金は直接セラミックスにろう付けできないためにメ
タライズや多層メッキ等が不可欠であるが、例えばメッ
キ工程の場合ではメッキ剥離等の発生を防止するために
メッキ条件を安定した一定の条件に制御する必要があ
り、作業にかなりの熟練を要するという問題があった。
以上の問題点は、量産等を考えた場合、製品の歩留まり
の低下やコストアップの大きな要因となる。
【0005】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、セラミックス相互あるいはセラミックスー金属相
互の接合が簡単かつ低温度ででき、しかも高信頼性を保
持することができる、ろう接用合金を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様なろう接用合金を採用した。すなわ
ち、請求項1記載のろう接用合金としては、Auを主成
分とし、副成分としてSb,In,Te,Pb,Al,
Si,Ge,Ga,Snの9種類の元素群から選択され
た少なくとも1種類以上の元素を0.1〜50.0重量%
の範囲で含み、更に、活性元素を0.05〜10.0重量
%の範囲で含有したことを特徴としている。
【0007】また、請求項2記載のろう接用合金として
は、請求項1記載のろう接用合金において、前記活性元
素は、Ti,Zr,Hf,Be,Zn,Nb等からなる
元素群から選択された少なくとも1種類以上の元素であ
ることを特徴としている。
【0008】ここで、前記合金の主成分をAuとしたの
は、マイグレーションを起こすことがなく、耐蝕性、信
頼性に優れているためである。また、Sb,In,T
e,Pb,Al,Si,Ge,Ga,Snの9種類の元
素群のうち少なくとも1種類以上を含むAu合金とした
のは、該Au合金の融点が低下し、したがって、ろう付
け温度が低下するためである。
【0009】また、活性元素の添加量を0.05〜10.
0重量%の範囲としたのは、前記合金とセラミックスと
の接合界面に活性元素が偏析して反応層を形成し易くす
るためであり、これにより前記合金とセラミックスとの
密着性が高まり、前記合金とセラミックスとを直接ろう
接することが可能である。また、上記の範囲以外の添加
量、例えば添加量が0.05重量%未満の範囲ではセラ
ミックスとの密着性が小さく効果が小さくなってしま
い、10.0重量%を越える範囲では加工性が低下し融
点が上昇してしまうために、不都合である。
【0010】
【作用】本発明の請求項1記載のろう接用合金は、Au
を主成分とし、副成分としてSb,In,Te,Pb,
Al,Si,Ge,Ga,Snの9種類の元素群から選
択された少なくとも1種類以上の元素を0.1〜50.0
重量%の範囲で含み、更に、活性元素を0.05〜10.
0重量%の範囲で含有するものである。
【0011】また、請求項2記載のろう接用合金は、請
求項1記載のろう接用合金において、前記活性元素は、
Ti,Zr,Hf,Be,Zn,Nb等からなる元素群
から選択された少なくとも1種類以上の元素からなるも
のである。
【0012】ここで、前記合金の主成分をAuとするこ
とにより、マイグレーションを起こすことがなく、耐蝕
性、信頼性が向上する。また、Sb,In,Te,P
b,Al,Si,Ge,Ga,Snの9種類の元素群の
うち少なくとも1種類以上を含むAu合金とすることに
より、該Au合金の融点が低下し、ろう付け温度が低下
する。
【0013】また、活性元素の添加量を0.05〜10.
0重量%の範囲とすることにより、前記合金とセラミッ
クスとの接合界面に活性元素が偏在して反応層を形成
し、これにより前記合金とセラミックスとの密着性が高
まり、前記合金とセラミックスとを直接ろう接する。前
記反応層は、活性元素の高い親和力によりセラミックス
との接合部の表面が腐食され、これにより大きい付着強
度の活性元素の化合物が接合界面に偏析することで形成
される。例えば、活性元素をTiとした場合では、セラ
ミックスが酸化物ではTiO2が、また窒化物ではTi3
N4が、また炭化物ではTiCが接合界面に偏析する。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例のろう接用合金につ
いて説明する。表1は本発明のろう接用合金の組成を、
また表2は表1のろう接用合金の特性をそれぞれ示した
ものである。
【表1】
【表2】 上記の表から、本発明のろう接用合金は、融点、ろう付
け温度が低く、耐蝕性、接合性等に優れた合金であるこ
とがわかる。
【0015】次に、上述した本発明のろう接用合金を用
いてセラミックスをろう付けした実施例について説明す
る。
【0016】(第1実施例)図1の様に、大容量の電池
1の陽極のステンレス容器2と陰極のステンレス容器3
の間に、材質がAl23からなる絶縁性のセラミックス
4を挿入し、このセラミックス4とステンレス容器2,
3とをろう接用合金5によりろう接して電解液6が密閉
された構造とした。
【0017】ここで実施例1のろう接用合金としてはN
o.2のサンプルを用い、Ag系合金を用いた比較例
1、Al系合金を用いた比較例2、活性元素を含有しな
いAu系合金を用いた比較例3各々と比較検討した。表
3はこれらの評価結果を示したものである。
【表3】 表3から明かな様に、本実施例のろう接用合金(No.
2)では、電解液に浸蝕される事がなく、またセラミッ
クスがろう付け時のヒートショックにより割れる事もな
く、密着性の優れたろう接ができた。
【0018】(第2実施例)図2の様に、集積回路(I
C)11のセラミックパッケージ12の底面12aのろ
う接すべき位置に本発明のろう接用合金(No.1)1
3を所定量塗布し、該ろう接用合金13上にシリコンチ
ップ14を載置し、400℃でろう付けした。 本実施
例のろう接用合金(No.1)では、セラミックパッケ
ージ12、シリコンチップ14の双方共にろう付け時の
ヒートショックによるクラックの発生が認められず、密
着性の優れたろう接ができた。
【0019】(第3実施例)図2の様に、集積回路(I
C)11のセラミックパッケージ12の上面の、Fe−
Ni合金等からなる蓋15をろう接すべき位置に本発明
のろう接用合金(No.4)16の窓枠状プリフォーム
材を装入し、320℃でろう付けした。本実施例のろう
接用合金(No.4)では、セラミックパッケージ12
のろう接面にメタライズすることなく、また、蓋15の
ろう接面をNiメッキすることなくろう接したが、セラ
ミックパッケージ12にろう付け時のヒートショックに
よるクラックの発生は認められず、気密性の優れたろう
接ができた。
【0020】以上説明した様に上記実施例のろう接用合
金によれば、前記合金の主成分をAuとしたので、マイ
グレーションを起こすことがなく、耐蝕性、信頼性を向
上させることができる。また、Si,Ge,Ga,S
n,Inの元素群のうち少なくとも1種類以上を含むA
u合金としたので、該Au合金の融点を低下させ、ろう
付け温度を低下させることができる。
【0021】また、活性元素(Ti,Zr,Hf)の添
加量を0.05〜10.0重量%の範囲としたので、前記
合金とセラミックスとの接合界面に活性元素が偏在して
反応層を形成し、これにより前記合金とセラミックスと
の密着性を高めることができ、前記合金とセラミックス
とを直接ろう接することができる。特にTi,Zr,H
fの少なくとも1種類を添加した場合、反応層は活性元
素の極めて高い親和力によりセラミックスとの接合部の
表面が腐食され、これにより大きい付着強度の活性元素
の化合物が接合界面に偏析することで反応層を形成する
ことができる。
【0022】この様に、セラミックス相互あるいはセラ
ミックスー金属相互の接合が簡単かつ低温度ででき、し
かも高信頼性を保持することができる、ろう接用合金を
提供することが可能になる。
【0023】
【発明の効果】以上説明した様に、この発明の請求項1
記載のろう接用合金によれば、前記合金の主成分をAu
としたので、マイグレーションを起こすことがなく、耐
蝕性、信頼性を向上させることができる。また、前記合
金の副成分として、Sb,In,Te,Pb,Al,S
i,Ge,Ga,Snの9種類の元素群から選択された
少なくとも1種類以上の元素を0.1〜50.0重量%の
範囲で含むこととしたので、前記合金の融点を低下さ
せ、ろう付け温度を低下させることができる。
【0024】また、活性元素の添加量を0.05〜10.
0重量%の範囲としたので、前記合金とセラミックスと
の接合界面に活性元素が偏在して反応層を形成し、これ
により前記合金とセラミックスとの密着性を高めること
ができ、前記合金とセラミックスとを直接ろう接するこ
とができる。
【0025】また、請求項2記載のろう接用合金によれ
ば、請求項1記載のろう接用合金において、前記活性元
素は、Ti,Zr,Hf,Be,Zn,Nb等からなる
元素群から選択された少なくとも1種類以上の元素であ
ることとしたので、Ti,Zr,Hf,Be,Zn,N
b等の活性金属の少なくとも1種類以上を含む反応層
は、活性元素の極めて高い親和力によりセラミックスと
の接合部の表面が腐食され、これにより大きい付着強度
の活性元素の化合物が接合界面に偏析することで反応層
を形成することができる。したがって、前記合金とセラ
ミックスとの密着性をさらに高めることができ、前記合
金とセラミックスとをより強力に直接ろう接することが
できる。
【0026】この様に、セラミックス相互あるいはセラ
ミックスー金属相互の接合が簡単かつ低温度ででき、し
かも高信頼性を保持することができる、ろう接用合金を
提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のろう接用合金を用いてろう付けした大
容量の電池の概略断面図である。
【図2】本発明のろう接用合金を用いてろう付けした集
積回路(IC)の概略断面図である。
【符号の説明】
1 電池 2,3 ステンレス容器 4 セラミックス 5 ろう接用合金 6 電解液 11 集積回路(IC) 12 セラミックパッケージ 13 ろう接用合金 14 シリコンチップ 15 蓋 16 ろう接用合金

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Auを主成分とし、副成分としてSb,
    In,Te,Pb,Al,Si,Ge,Ga,Snの9
    種類の元素群から選択された少なくとも1種類以上の元
    素を0.1〜50.0重量%の範囲で含み、更に、活性元
    素を0.05〜10.0重量%の範囲で含有したことを特
    徴とするろう接用合金。
  2. 【請求項2】 前記活性元素は、Ti,Zr,Hf,B
    e,Zn,Nb等からなる元素群から選択された少なく
    とも1種類以上の元素であることを特徴とするろう接用
    合金。
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