JPS6037291A - 接合材料およびそれを用いた接合方法 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は適度な液相温度を有する接合材料およびそれを
用いた接合方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、複数の部品を接合するのに用いる接合材料とし
ては、優れた加工性と高い接合強度を持つことが要求さ
れる。また近年では、接合時の省エネルギー或いは被接
合物が受ける熱ストレスの軽減化、炉の汚染の軽減化の
観点から、低い作業温度すなわち低い溶融温度を有する
ことも併せて要求されてきている。

さて、従来から使用する雰囲気を問わず安定して適用で
きる接合材料としては、銀〈以下、八〇と称する）に銅
（以下、Ｃ１ｌと称する）を２８重母パーセント（以下
、ｗｉ９５と称する）添加したＡ（１−ＣＩｌ共晶合金
（Ｊ　Ｉｓ、ＢＡｏ−８）が主に用いられている。しか
し乍ら、この合金はその溶融温度が７７９℃と高いため
、実際の接合作業温度は８００℃を越える高温を選択し
なければならず、被接合物によっては熱ストレスに耐え
られないケースが多々発生している。そして、この接合
作業湿度を７５０℃以下とするためには、接合合金の溶
融温度は更に数十°Ｃ低い７３０℃以下、好ましくは７
００℃以下である必要がある。

そこで、かかる接合材料の低溶融点化の技術の一つとし
ては、例えばＪＩＳ規格のＢＡｏ−２（３５％Ａｏ−２
６％ＣＬＩ−２１％Ｚｎ−１８％Ｃｄ。

液相温度約７００℃）が知られている。しかしこの接合
材料は、低溶融温度化には有効であるが、亜鉛、カドミ
ウム（以下、夫々Ｚｎ、Ｃｄと称する）等の高蒸気圧元
素を含有するため、接合炉内壁の汚染、被接合物の汚染
、人体への影響も指摘されている。

また、接合材料の低溶融点化のその他の技術としては、
人体へのＣｄの影響をなくするためにインジウム、錫（
以下、夫々Ｉｎ　、Ｓｎと称する）を活用する方法が知
られている。例えば、特開昭５０−７４５５１号（Ａｇ
＝４．５〜６０．　Ｃｕ　〜１５〜２５．　Ｚｎ　＝　
１９〜２９．　Ｓｎ　〜０．５〜４、ｌｎ＝０．５〜５
）、特開昭５１−．６２１６４号（Ａ（１〜２５〜３７
．　Ｃｕ　〜３５〜７２．　Ｐ（リン）−１〜７、また
はこれにｌｎ＝１〜７゜Ｚｎ−１〜２７の１種又は２種
）、特開昭５１＝１１７１４８号（ＡＵ　〜１８〜４８
．Ｃｕ　＝１５〜４０．２ｎ　〜２０〜３５．Ｓｎ　〜
０．５〜７またはこれにＩｎ　〜０．５〜７．Ｍｎ　（
？ンガン）〜０．１５〜２．Ｌｉ　（リチウム）〜０．
１５〜５の少なくとも２種）、特開昭５１−１２８６６
４号（Ａ（１〜３０〜５０．　Ｃｕ　〜１０〜２５．　
Ｚｎ　〜１０〜２５．’　Ｃｄ　〜１５〜３０にｉｎ　
、　３ｎ　。

Ｇａ　（ガリウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）の１種のと
ぎには１〜１２％、２種のときには１〜１５−％）等が
知られている。しかしながら、これらの接合材料はＩｎ
、３ｎは低い蒸気圧特性を有するものの、いずれも７−
ｎ等高蒸気圧元素を含有する点において上記のものと同
様の欠点がある。

さらに、接合材料の低溶融点化のその他の技術としては
、ＡｇとＣ１１をベースとし、Ｓｎとｉｎとを共同添加
したＡ　ｇ−Ｃｕ−８ｎ−Ｉ　ｎ　４元素が、接合材料
として特開昭５１−１３２１４号、特公昭４４−１１０
０９号にて開示されている。すなわち、まず前者はＡｃ
ｔ　＝　７０〜４７ｗｔ％、ＣＵ＝２５〜４０ｗｔ％、
５ｎ＝２〜６ｗｔ％、ｌｎ＝３〜７ｗｔ％からなり、雰
囲気ガス中または真空中での接合が可能で、加工性良好
な銀ロウ合金であることを主旨としている。しかし乍ら
、この合金組成の範囲では、低溶融点化に対して最も期
待できる可能性の高い３ｎ＝５ｗｔ％、ｌｎ＝７ｗｔ％
の合金においてさえ接合作業温度が７５０℃以上となり
、成る程度の接合強度は得られるものの被接合物への熱
ストレスが著しくなる等、実質的に好ましい接合結果を
得ることが田麩であるばかりでなく、Ｓｎ＝６ｗｔ％、
ｉｎ＝７ｗｔ％より多いＳｎ、Ｉｎでは同公報でも述べ
ているように加工性が低下するという欠点を有している
。

一方、後者はＡｇとＣ１共晶合金に３ｎ＋１ｎ＝３０〜
６０ｗｔ％、　Ｓｎ　＝　１５〜３０ｗｔ％、１ｎ＝１
５〜３０ｗｔ％でかつＳｎ　／Ｉｎ　＝１／１からなり
、ＡＵ　−Ｃｄ　Ｏ光接点合金に対する濡れ性を改善す
るために５ｎ−１ｎ合金を従来の共晶接合合金に添加す
ることを主旨としている。しかし乍ら、この接合材料で
は、濡れ性の劣るＣｄＯに対して３ｎ、ｉｎを人聞に使
用しているので、合金を線材や薄板状に加工するのが非
常に田麩であるという欠点を有している。

［発明の目的］ 本発明は上記のような事情を考慮して成されたもので、
その目的は適度に低い接合作業温度の採用が可能でかつ
加工性の優れた材料として経済的でしかも被接合物へ与
える熱ストレスの少ない接合材料およびそれを用いた接
合方法を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、５ｎ＝１〜５ｗ
ｔ％、Ｉｎ　＝７〜２Ｑｗｔ％、残部ＡｆＪとＣＵの合
計量が７５〜９２ｗｔ％より成り、かつＡ（１とＣ１の
比率が略Ａｇ−Ｃｔｌ系の共晶組成の接合材料とし、ま
た７５０℃より高い接合作業温度で接合する第１の接合
箇所と、７５０℃〜５００　’Ｃの接合作業温度で接合
する第２の接合箇所とを順次ロウ接する接合方法におい
て、少なくとも上記第２の接合箇所に適用する接合材料
として上記組成の接合材料を用いるようにしたことを特
徴とする。

［光間の実施例］ まず、上述した目的を達成させるためには、ＡＯとＱｕ
を基調とし低い蒸気圧特性を有する元素を活用すること
が１ｑ策と考えられる。接合作業は大気中或いは雰囲気
ガス中で行なわれる以外に真空中で行なう場合もある。

特に後者のときには、先述したように高蒸気圧成分の蒸
発による炉、被接合物等への汚染が著しいので、通常接
合作業が行なわれる７５０℃〜８００℃での蒸気圧は、
蒸発抑制の観点からＩ　Ｘｌ　０　”−５Ｔｏｒｒより
も低いことが必要であると考えられる。そして、８００
℃で１Ｘ１０−３Ｔｏｒｒより低い蒸気圧を有する元素
としてはＩｎ　（６Ｘ１０−’　Ｔｏｒｒ　）、５ｎ（
６Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ　）が夫々挙げられ好ましい
元素である。これに対して、接合材料として通常多用さ
れているｚｎは２Ｘ　１０　＋２ＴＯＮ’　、　ｃｄは
Ｉ　Ｘ　１０＋３Ｔｏｒｒであり好ましくない。

そこで、Ａ　ｏ−Ｃｕ合金の液相温度を下げることがで
き、かつ低い蒸気圧性を有するｉｎ、３ｎの使用が有利
と考えられる。この低い蒸気圧性を有する接合材料は、
例えば接合を要する多数の部品で構成される構造体、電
子部品等で許される空隙が極く微小な精密部品、あるい
は複雑な構造を有する被接合体等で、内部の各部品、接
合部分が夫々確実に接合されているか否かを確認する必
要があるときには、段階的に接合する製造方法を採るこ
とが好ましい。このような要求に対しては、低い蒸気圧
性を有しかつ低い溶融点と成る程度の加工性を有する新
たな接合材料が必要とされる。

通常知られているＡ（１−Ｃｕ−８ｎ系接合材料に関す
る実験によれば、接合雰囲気等条件によってロウ材の流
動性不良を起こしやすい傾向を有し、そのため電子部品
等精密箇所の接合において、局部的に被接合物の表面に
濡れていないところが観察され、また気密性を要すると
ころへの適用のときには気密性不良を示す場合も認めら
れた。これらは、接合材料中のＳｎの選択的酸化現象に
よるものと推考され、ＡＵ　−Ｃｕ−８ｎ合金が溶融に
至る前に、接合合金自身から放出される水分、あるいは
被接合物およびその近傍の吸着しているガス、水分等に
より、昇温過程で上記接合合金自体が酸化を受けて被接
合部に対する濡れ性が劣ったものと考えられる。

また、Ａ（１−ＣＩ−１ｎ系接合材料に関する実験によ
れば、上述とは逆に濡れ性がむしろ良すぎるため被接合
部の一方の表面をまず濡らすと対向づる被接合面にまで
接合材料がまわらず見掛上接合材が不足するように見受
けられ、結果的には対向する両面を十分カバーした濡れ
が得られない場合および濡れが良すぎるため電子部品等
微小部分の接合のとき接合不用の部分にも接合材が余分
にまわる場合がある。そのため、フレアーが少なく強度
不足または気密性を必要とするときには気密不良を示す
場合がある。

本発明ではこのような知見に基づき、Ａｏ−Ｃｕ−８ｎ
とＡｏ　−Ｃｕ　−Ｉｎの長所を利用すべくＡｇ−Ｃｕ
　−３ｎ−Ｉｎ合金を種々検討し、低融点性または加工
性の点において工業的価値の高い新規な接合合金を開発
した。

以下、この点について第１図、第２図を参照して具体的
に説明する。第１図、第２図は、本発明に関する接合材
料を用いて２個の部品を接合する例を断面図にて示した
ものである。図において、Ｂ部品７が第１の接合箇所４
において接合材料５によってあらかじめへ部品６の側面
にロウ接接合され、最後にへ部品６が第２の接合箇所２
において接合材料３によって本体基部１にロウ接接合さ
れている。この場合第１図、第２図において、７５０〜
５００℃の接合作業温度で接合する第２の接合箇所２を
接合するとき、７５０℃より高い接合作業温度で接合す
る第１の接合箇所４の接合部のＢ部品７が落下あるいは
ずれのないよう、第２の接合箇所２に使う接合材料３の
溶融点よりも第１の接合箇所４に使う接合材料５の溶融
点を高くする必要があり、少なくとも５０〜１００℃の
温度差のあることが好ましい。一方、本体基部１とへ部
品６との間隙８がＩｉ４造上十分にとれない構成では、
第２の接合箇所２に使う接合材１１３の蒸気圧が高いと
きＢ部品７の表面に蒸着する場合があり、また接合材料
３の接合時のしみ出し性が大きい場合には、いずれもＢ
部品７の表面が接合材料によって汚染を受け好ましくな
い場合がある。従って、しみ出し性は接合材料の評価の
１つとして、特に精密部品の接合のとぎ重要な尺度とな
る。なお、接合材中に蒸気圧の高い元素を含まないこと
が重要である。

さて、このような接合条件に適用する特に第２の接合箇
所２を接合する接合材料３を選択する目安として、別表
に示した液相温度、接合作業の好ましい温度、接合部の
強さ、しみ出し距錬および素材の加工性を挙げてＡ　Ｌ
Ｃｕ−８ｎ−Ｉ　ｎ接合合金の評価を行なった。

この、＞価に使用したＡＤ　−Ｃｕ　−８ｎ　−Ｉｎ接
合合金の製造の概要は以下の如くである。つまり、別表
に示した各組成を有する夫々の試料を秤量し、約８５０
〜９００　’Ｃの耐火るつぼ中で真空溶解した後鋳造し
、直径２０ｍ、長さ２００Ｍの素材を得る。つぎに、こ
れを４５０〜７００℃で熱間鍛造した後に、冷間圧延、
熱間圧延と熱処理を組合せながら、最終的に厚さ８５μ
ｍ１幅５０ｍの薄板を製作する。そして、この時の表面
亀裂の程度等加工性について評価したところ、第１表の
ようにｌｎ＝１６．２％、Ｓｎ　＝６．５％（比較例−
２＞　、Ｉ　ｎ　＝３２９６．　Ｓｎ　−２，３％（比
較例−４）については圧延加工が困難であった。従って
、この２種については亀裂のある塊状の材料を評価素材
として使用し、その他のものについては厚さ８５μｍ１
幅５０Ｍの薄板から直径２゜４＃の円板を取り第一２の
接合線断２に使用する接合材料とした。なお、第１の接
合箇所４に使用する接合材料は通常の共晶銀ロウを使用
した。

次に第１図において、あらかじめ７２％Ａ（１−Ｃ１＋
銀ロウ（溶融点７７９°Ｇ）を用いて８２０℃で８部品
７をへ部品６に接合した後、このへ部品６と本体基部１
とを第２の接合箇所２で接合した場合、夫々の接合材料
の評価結果について）ホベる。

各接合材料の接合作業温度は、表に好ましい湿度として
併記した。接合結果を表に示すように、５ｎｆｉがＱ、
５ｗｔ％（比較例−１）では先述したＡ　ｇ−Ｃｕ−Ｉ
　ｎ系の性質（欠点）が強く現われ、接合面近傍でのし
み出し距離が２＃以上に広がり、短かい間隙での接合材
料としては好ましくないことを示し、かつ素材的にも接
合部の引張り強さが２０ＫｇＪス下であり好ましくない
組成であることがわかる。

一方、Ｓｎｍが１．３ｗｔ％（実Ｍ例−１）ｔｌＪ：び
それ以上の５ｎ１２．０ｗｔ％、５，０ｗｔ％（実施例
−２，３）では、上記しみ出し距離が１Ｎｎ以下で、精
密部分の接合に適した接合材料であることを示すと共に
、引張り強さも２５／（ｙ、３（１ｇ以上であり、かつ
作業温度も７５０″Ｃ以下で好まし−い領域といえる。

しかしＳｎ量が６．５ｗｔ％に至ると（比較例−２）、
引張り強さとしみ出し距離においては十分であるが、素
材の加工性が良好でなく従ってＳｎｍは１〜５ｗｔ％以
内が理想的である。

また、ｉｎの量はＳｎ量が２ｗｔ％近傍のとき５．１ｗ
ｔ％（比較例−３）では、接合個所の引張り強ざが２５
Ｋｇ１ズ下で低い水準であるのに対し、Ｉｎｔａが７ｗ
ｔ％（実施例−４）、２０ｗｔ％（実施例−５）のとき
、７５０℃以下の溶融点を確保することができ、かつ引
張り強さ、および加工性が満足な値を維持している。Ｉ
ｎ量が３２ｗｔ％（比較例−４）では、低溶融点性は十
分であるが、一方の引張り強さ、加工性の点で劣ること
がわかる。

従って、Ｉｎ開としては７〜２０ｗｔ％の範囲が理り」
的である。

なお、Ｂ部品７を取つけたＡ部品６を真空刺入する場合
、本発明の接合材料は蒸気圧が低いことからＢ部品７の
表面への付着による汚染もなく好ましく、特に短間隙の
ときに極めて有効的な接合材料である。

上述したように、本発明の接合材料は５ｎ＝１〜５　ｗ
ｔ％、ｉｎ　＝７〜２０ｗｔ％、残部ＡｌｌとＣ１ｌの
合計量が７５〜９２ｗｔ％から成り、かつＡＵとＣｕの
比率が略Ａｇ−Ｃｕ系の共晶組成とするようにしたので
、接合材料の成分によって他の部品面を汚染することが
なく、経済的でかつ信頼性に優れた工業的価値の高い材
料を得ることができるものである。

尚、本発明の接合材料を使用して前述した接合を行なう
場合には、大気中、雰囲気ガス中、真空中で接合作業を
行なうことが可能であるが、特に第１の接合箇所を雰囲
気ガス（水素等）中、第２の接合箇所を真空中で行なう
か、若しくは第１および第２の接合箇所とも真空中で行
なった場合が特に有効的である。またこの場合、真空中
で行なうとぎには１０’−’Ｔｏｒｒ以上の高真空で行
なうことが好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、Ｓｎ　＝１〜５ｗ
ｔ％、ｌｎ＝７〜２０ｗｔ％、残部ＡＯとＣ１ｌの合ｎ
１聞が７５〜９２ｗｔ％からなり、かつＡＱとＣｕの比
率が略ＡＩＪ−ＣＩ系の共晶組成とするようにしたので
、適度に低い接合作業温度の採用が可能でかつ加工性の
優れた材料として経済的でしかも被加工物へ与える熱ス
トレスの少ない接合材料およびそれを用いた接合方法が
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の接合材料を使用して２個
の部品を接合する場合の実施例を示す断面図である。 １・・・本体基部、２・・・第２の接合箇所、３，５・
・・接合Ｕ利、４・・・第１の接合箇所、６．７・・・
Ａ、Ｂ部品、８・・・間隙。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　日 第　２　図 ７　コ　′Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）錫が１〜５重ωパーセント、インジウムが７〜２
   ０ｆｆｌ！パーセン１〜．残部銀と銅の合計量が７５〜
   ９２重量パーセントから成り、かつ前記銀と銅の比率が
   路銀−銅系の共晶組成としたことを特徴とする接合材料
   。 ｆ２）７５０℃より高い接合作業温度で接合する第１の
   接合箇所と、７５０〜５００℃の接合作業温度で接合す
   るＭ２の接合箇所とを順次ロウ接する接合方法において
   、少なくとも前記第２の接合箇所に使用する材料として
   、錫が１〜５重団パーセント、インジウムが７〜２０重
   量パーセン１へ。 残部銀と銅の合計量が７５〜９２重量パーセントから成
   り、かつ前記銀と銅の比率が路銀−銅系の共晶組成であ
   る接合材料を用いることを特徴とする接合方法。 （３）第１の接合箇所を雰囲気ガス中、第２の接合箇所
   を真空中、または第１および第２の接合箇所の双方を真
   空中におい−で接合するようにした特許請求の範囲第（
   ２）項記載の接合方法。 （４）　真空中での接合は１０−’　Ｔｏｒｒ以上の高
   真空で行なうようにした特許請求の範囲第（３）項記載
   の接合方法。