JPH08294792A - ろう接材料及びろう接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ろう接温度の大幅な降下を可能とし、かつ高
い接合部の強度を実現できるろう接材料の提供及びろう
接方法の提供。 【構成】 ろう接用材料の金属又は合金粉末とフラック
スの混合物に、超微粒子金属（例えば粒径５０ｎｍ未満
の超微粒の銀粉末）を添加混合する。超微粒子金属はバ
インダーとの混合物を添加することも好ましい。超微粒
子金属の添加量は、ろう接材料の金属又は合金粉末１０
０重量部に対して、１〜５０重量部が好ましい。超微粒
子金属は、マイクロカプセル化されたものであってもよ
い。前記のろう接材料を、金属、合金又はセラミツクス
からなる被接合素材間に供給して、６００〜１５０℃加
熱することによりろう接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】】本発明は、ろう接材料に関し、
特にろう接温度の大幅な降下を可能とし、かつ高い接合
部の強度を実現できるろう接材料に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
金属と金属又は金属とセラミックス等異種材料とを接合
する方法の一つとしてろう接があり、それは接合しよう
とする材料（母材）の融点より低い温度で溶ける溶加材
（ろう又ははんだ）を接合部に溶融、添加して母材に濡
れさせ接合する方法であるが、ろう接は、ろう付とはん
だ付に分類され、ろう付は４５０℃以上の融点の溶加材
（ろう）を用いてろう接する方法、はんだ付は、４５０
℃未満の融点の溶加材（はんだ）を用いてろう接する方
法であるとされている。ろう付の材料としては、アルミ
ニウム合金ろう、銀ろう、リン銅ろう、パラジウムろう
などが挙げられるが、接合作業及び接合部に要求される
特性、すなわち作業性、強度、電導性、熱伝導性、耐熱
性、耐食性、色調、生体特性などの面から、多くは６０
０℃以上の加熱温度で接合されていた。しかしながら、
６００℃以上の高温度にすると、接合母材（基材）やそ
の近接部材、部品、半導体素子等に熱的悪影響を与える
場合が多々あり、またろう接作業においても作業性が悪
くなるため、その温度を降下できる技術の提供が待望さ
れていた。また、はんだ付の材料としては、すず鉛系は
んだ、すず亜鉛はんだ、すず銀はんだ、鉛銀はんだ、亜
鉛アルミニウムはんだ等があり、４５０℃未満の低温で
接合処理されていたが、より低温度ではんだ付ができ、
かつ高い接合部強度を保持できるはんだの提供が期待さ
れていた。ろう接温度を引き下げることは、前記のよう
な多くの利点を有するため、古くからろう接材料の融点
降下に関する研究が行われてきたが、これらを解決する
ろう接材料は見いだされなかった。

【０００３】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記従来技術の課題を解決すべく鋭意研究を進めた結果、
従来技術におけるろう接温度を大幅に降下できるろう接
材料を開発し、本発明を提供するに至った。本発明者ら
は、銀ろう、銅ろう、金ろう、ニッケルろう、パラジウ
ムろう等のろう接材粉末に金、銀、銅、ニッケル、アル
ミニウム、コバルト等の超微粒子を添加混合したもの
を、ろう接材料として用いることによってろう接温度を
極端に低下することに成功した。すなわち本発明は、
（１）ろう接用材料の金属又は合金粉末とフラックスの
混合物に、超微粒子金属を添加混合してなることを特徴
とするろう接材料、（２）ろう接用材料の金属又は合金
粉末とフラックスの混合物に、超微粒子金属とバインダ
ーとの混合物を添加混合してなることを特徴とするろう
接材料、（３）超微粒子金属の添加量が、ろう接材料の
金属又は合金粉末１００重量部に対して、１〜５０重量
部であることを特徴とする前記１項又は２項記載のろう
接材料、（４）超微粒子金属が、マイクロカプセル化さ
れたものであることを特徴とする１項ないし３項のいず
れかに記載のろう接材料、（５）超微粒子金属が、その
表面が酸化処理されたものであることを特徴とする１項
ないし４項のいずれかに記載のろう接材料、（６）超微
粒子金属が、銀であることを特徴とする１項ないし５項
のいずれかに記載のろう接材料、（７）ろう接用材料
が、粒径３００メッシュ未満の銀又は銀合金粉末であ
り、超微粒子金属が、粒径５０ｎｍ未満の超微粉末銀で
あることを特徴とする１項ないし６項のいずれかに記載
のろう接材料、（８）前記１項ないし７項のいずれかに
記載のろう接材料を、金属、合金又はセラミツクスから
なる被接合素材間に供給して、加熱・接合することを特
徴とするろう接方法、（９）前記１項ないし７項のいず
れかに記載のろう接材料を、金属、合金又はセラミツク
スからなる被接合素材間に供給して、６００〜１５０℃
に加熱・接合することを特徴とするろう接方法。

【０００４】上記において、ろう接材料としては、ろう
材及びはんだ材が含まれる。ろう材としては、アルミニ
ウム合金ろう、銀ろう、リン銅ろう、パラジウムろう等
が挙げられ、はんだ材としては、すず鉛系はんだ、すず
亜鉛はんだ、すず銀はんだ、鉛銀はんだ、亜鉛アルミニ
ウムはんだ等が挙げられる。超微粒子金属としては、粒
径１μｍ以下の銀、金、銅、鉄、ニッケル、クロム、コ
バルト、マンガン、モリブデン、パラジウム等が挙げら
れ、それら各金属の単独種の超微粒子又は二種以上の混
合物である混合超微粒子が使用できる。なお、金属化合
物、例えば炭化珪素、窒化チタン、炭化タングステン等
の超微粒子も使用できる。さらに、前記超微粒子金属又
は超微粒子金属化合物の表面を酸化して安定化したもの
を使用することもできる。超微粒子は、粒径が小さくな
るほど、その溶融温度が低下することが知られており、
図１にその粒径と融点との関係図（Ｐｈ．Ｂｕｆｆｅｔ
＆Ｊ−Ｐ．Ｂｏｒｅｌ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａ，Ｖｏ
ｌ．１３，Ｎｏ．６（１９７６），ｐ２２８７〜２２９
６）による実測値と計算値により作成）を示すごとく、
バルクの金（Ａｕ）の溶融温度が１０５３℃であるのに
対して、超微粒子金は、粒径２〜３ｎｍにおいて極端に
低下し、約４３０〜６３０℃となることが解る。図２
に、超微粒子銀の粒径と融点との関係図（「粉体」神保
元二著、日本規格協会，１９９１，第１版，ｐ１８５
（式３，４，１４）に基づき計算により作成）を示す。
本発明では、従来ろう接温度を低下する技術が種々開発
されてきたが、理想的な技術が提供されなかったことに
鑑み、ここに斯界において新たに超微粒子金属をろう接
材料に添加使用することにより、ろう接温度を低下する
技術を提供するものである。超微粒子金属の添加使用に
より、ろう接温度の低下と接合部の強度向上を実現し、
一気に従来技術の課題を解決するものである。超微粒子
の製造は、細径粒子を物理的に更に細砕するブレークダ
ウン法又は原子、分子、イオンなどから微粒子を合成す
るビルドアップ法によって行われる。ビルドアップ法と
しては、気相法としてのガス中蒸発法、スパッタ法、ア
ークプラズマ蒸発法、レーザー蒸発法、高周波プラズマ
蒸発法、熱ＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、液相法として
の共沈法、均一沈殿法、アルコキシド法、水熱合成法、
ゾルーゲル法、懸濁重合法、保護コロイド法、噴霧乾燥
法、エマルジヨン法等が挙げられる。

【０００５】さらに通常補助剤としてのフラックス、バ
インダー及び溶剤等は、各ろう接材料にあわせて適宜な
ものを選択・組み合わせて使用することができる。フラ
ックスとしては、（１）ろう付においては、ほう砂、ほ
う酸、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、
ふっ化ナトリウム、塩化亜鉛、ふっ化アルミニウム、ほ
う酸カリウム、ふっ化カリウム、ほうふっ化カリウム、
ほう酸リチウム、ふっ化リチウム、塩化リチウム等の混
合物が、（２）はんだ付においては、塩化亜鉛、塩化ア
ンモニウム、塩酸、第１りん酸ナトリウム、りん酸アン
モニウム、ジエチルアミン塩酸塩、ヒドラジン塩酸塩、
エチレングリコール、アルコール、乳酸、コハク酸、グ
リセリン、グルタミン酸塩酸塩、イソプロピルアミン塩
酸塩、ロジン、イソプロピルアルコール、エチレンジア
ミン、ジエタノールアミン、水等の混合物が使用でき
る。バインダーは粘度調整や付着性調整のために用いら
れ、水、樹脂，オリーブ油などの油脂等が用いられる。
溶剤はフラックスの溶解のために用いられ、水、アルコ
ール、エーテル、キシレン、ポリエチレングリコールな
どが挙げられる。本発明においては、超微粒金属粒子の
複数個を心物質として内包したマイクロカプセルとな
し、そうしたマイクロカプセル化された超微粒子金属
を、ろう接材料内に添加混合させることによって分散性
及び反応性ないし溶融性を高め、さらに取り扱い容易な
ものとすることも好ましい。マイクロカプセル化法とし
ては、各種公知方法、例えば界面重縮合法、コアセルベ
ーション法、界面沈殿法、融解分散冷却法等を採用して
行うことができる。

【０００６】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
は本実施例のものだけに限られるものではない。 実施例１：下記（１）〜（３）工程により銀ろう付材料
を調製し、（４）工程によって、ステンレス鋼板間にろ
う付けを行った。 （１） ．銀ろう［粒径：３００メッシュ未満，組
成：Ａｇ５６％ーＣｕ２２％ーＺｎ１７％ーＳｎ５％］
７０ｇと、．フラックス（組成：ほう酸３０％、ほう
酸カリウム２０％、ふっ化カリウム３０％、ほうふっ化
カリウム２０％）３０ｇとを混合撹拌して、との混
合物を調製した。 （２） ．超微粉銀（超微粒子の銀粉末）［粒径５０
ｎｍ］１ｇと、．バインダー及び溶剤（組成：酢酸ア
ミル＋ニトロセルローズ＋水）１０ｇとを混合撹拌し
て、との混合物（ペースト状）を調製した。なお、
ここでいう粒径５０ｎｍの超微粒子の銀とは、粒径が５
ｎｍ以上２００ｎｍ未満のものである。 （３） 前記（１）の混合物に（２）の混合物を加えて
撹拌混合して、銀ろう付材料を調製した。 （４） 前記（３）で得られた銀ろう付材料を、２枚の
ステンレス鋼板の間に２ｇ／ｃｍ^２の量を供給して押圧
した状態で挟み、それを炉内において３５０℃で加熱し
てろう接した。その結果、２枚のステンレス鋼板間のろ
う接は、強固になされていることが認められた。

【０００７】実施例２：下記（ａ）〜（ｃ）工程により
カドミウム亜鉛はんだ付材料を調製し、（ｄ）工程によ
って、ステンレス鋼板と銅板間にはんだ付けを行った。 （ａ） ．カドミウムー亜鉛はんだ［粒径：３００メ
ッシュ未満，組成：Ｃｄ８８％ーＺｎ１０％ーＡｇ１．
８％ーＣｕ０．１５％、Ｍｎ０．０５％］７０ｇと、
．フラックス及び溶剤（組成：ジエチルアミン塩酸塩
５％、ヒドラジン塩酸塩５％、エチレングリコール５０
％、残部アルコール）３０ｇとを混合撹拌して、と
の混合物を調製した。 （ｂ） ．超微粉銀（超微粒子の銀粉末）［粒径５０
ｎｍ］１ｇと、．バインダー（ロジンのアルコール溶
液）１０ｇとを混合撹拌して、との混合物（ペース
ト状）を調製した。 （ｃ） 前記（１）の混合物に（２）の混合物を加えて
撹拌混合して、カドミウムー亜鉛はんだ付材料を調製し
た。 （ｄ） 前記（ｃ）で得られたカドミウムー亜鉛はんだ
付材料を、ステンレス鋼板と銅板の間に２ｇ／ｃｍ^２の
量を供給して押圧した状態で挟み、それを炉内において
約２００℃に加熱してはんだ付した。その結果、ステン
レス鋼板と銅板間のはんだ付は、強固になされているこ
とが認められた。 実施例３：下記（ａ’）〜（ｃ’）工程により銀はんだ
付材料を調製し、（ｄ’）工程によって、ステンレス鋼
板と銅板間にはんだ付けを行った。 （ａ’） ．銀はんだ［粒径：３００メッシュ未満，
組成：Ａｇ３％ーＳｎ９７％］７０ｇと、．フラック
ス及び溶剤（組成：ジエチルアミン塩酸塩５％、ヒドラ
ジン塩酸塩５％、エチレングリコール５０％、残部アル
コール）３０ｇとを混合撹拌して、との混合物を調
製した。 （ｂ’） ．超微粉銀（超微粒子の銀粉末）［粒径５
０ｎｍ］１ｇと、．バインダー（ロジンアルコール溶
液）１０ｇとを混合撹拌して、との混合物（ペース
ト状）を調製した。 （ｃ’） 前記（ａ’）の混合物に（ｂ’）の混合物を
加えて撹拌混合して、銀はんだ付材料を調製した。 （ｄ’） 前記（ｃ’）で得られた銀はんだ付材料を、
ステンレス鋼板と銅板の間に２ｇ／ｃｍ^２の量を供給し
て押圧した状態で挟み、それを炉内において約１５０℃
に加熱してはんだ付した。その結果、ステンレス鋼板と
銅板間のはんだ付は、強固になされていることが認めら
れた。

【０００８】比較例：下記（ア）〜（イ）工程により銀
ろう付材料を調製し、（ウ）工程によって、ステンレス
鋼板間にろう付けを行った。 （ア） 実施例と同様に、．銀ろう［粒径：３００メ
ッシュ未満，組成：Ａｇ５６％ーＣｕ２２％ーＺｎ１７
％ーＳｎ５％］７０ｇと、．フラックス（組成：ほう
酸３０％、ほう酸カリウム２０％、ふっ化カリウム３０
％、ほうふっ化カリウム２０％）３０ｇとを混合撹拌し
て、との混合物を調製した。 （イ） 前記（ア）の混合物に、’．バインダー（組
成：酢酸アミル＋ニトロセルローズ＋水）１０ｇを添加
混合して、（ア）ととと’の混合物からなる、銀
ろう付材料を調製した。 （ウ） 前記（イ）で得られた銀ろう材料を、２枚のス
テンレス鋼板の間に２ｇ／ｃｍ^２の量を供給して押圧し
た状態で挟み、それを炉内において３５０℃で加熱して
ろう接した。その結果、２枚のステンレス鋼板間のろう
接は、ろうの溶融が認められず、したがってステンレス
鋼板間の接合は達成されなかった。該ろう接材料は、約
６００℃において、ろう付けが可能なものであった。

【０００９】

【発明の効果】以上に説明したごとく、本発明によれ
ば、 （１）従来至難であったろう接作業温度の大幅な低下
を、容易に実現することができ、あらゆるろう接合作業
が容易となり、安全である。 （２）ろう接作業における加熱処理温度の低下を可能と
したことにより、消費エネルギーの節約が図れる。 （３）金属・セラミックス等の異種材料間のろう接にお
いて、接合温度が低いことから、熱膨張の差が小さくな
り、ろう接部の残留応力の低下あるいは歪みの低下、破
壊が防止できる。また、金属と超硬工具（タングステン
カーバイトやセラミックス）間等熱膨張の差の大きい材
料の接合が容易になる。 （４） ろう接温度が低いため、接合部に過度な金属間
化合物の析出や結晶粒の粗大化が防止できる。 （５）ろう接作業温度の低下を実現したことにより、接
合部材近傍の部材、部品、半導体素子等の高温度による
破壊・損傷等を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】超微粒子金の粒径と融点との関係図を示す。

【図２】超微粒子銀の粒径と融点との関係図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 来住 徹 大阪府大阪市北区同心１丁目２番10号 (72)発明者 勝村 真由美 香川県高松市高松町477ー２ (72)発明者 田中 政直 東京都大田区大森北３丁目32番15号

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ろう接用材料の金属又は合金粉末とフラ
   ックスの混合物に、超微粒子金属を添加混合してなるこ
   とを特徴とするろう接材料。
2. 【請求項２】 ろう接用材料の金属又は合金粉末とフラ
   ックスの混合物に、超微粒子金属とバインダーとの混合
   物を添加混合してなることを特徴とするろう接材料。
3. 【請求項３】 超微粒子金属の添加量が、ろう接材料の
   金属又は合金粉末１００重量部に対して、１〜５０重量
   部であることを特徴とする請求項１又は２記載のろう接
   材料。
4. 【請求項４】 超微粒子金属が、マイクロカプセル化さ
   れたものであることを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれかに記載のろう接材料。
5. 【請求項５】 超微粒子金属が、その表面が酸化処理さ
   れたものであることを特徴とする請求項１ないし４のい
   ずれかに記載のろう接材料。
6. 【請求項６】 超微粒子金属が、銀であることを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれかに記載のろう接材料。
7. 【請求項７】 ろう接用材料が、粒径３００メッシュ未
   満の銀又は銀合金粉末であり、超微粒子金属が、粒径５
   ０ｎｍ未満の超微粉末銀であることを特徴とする請求項
   １ないし６のいずれかに記載のろう接材料。
8. 【請求項８】 前記請求項１ないし７のいずれかに記載
   のろう接材料を、金属、合金又はセラミツクスからなる
   被接合素材間に供給して、加熱・接合することを特徴と
   するろう接方法。
9. 【請求項９】 前記請求項１ないし７のいずれかに記載
   のろう接材料を、金属、合金又はセラミツクスからなる
   被接合素材（母材）間に供給して、６００〜１５０℃に
   加熱・接合することを特徴とするろう接方法。