JPWO2007007840A1 - 酸化物接合用はんだ合金 - Google Patents
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Abstract
Description
Alは、本発明のSn−Ag基はんだ合金にとっては、酸化物との接合になくてはならない必須金属である。つまり、Sn−Ag基のはんだ合金においては、そのSnおよびAgの配合を変化させても酸化物を接着することは難しいところ、Alを添加することにより酸化物との濡れ性が向上し、酸化物との密着が可能となる。これは、Alが酸化物となる傾向が強く、酸化物と結合しやすいため、その結果、酸化物に対する濡れ性が向上するからである。しかしながら、多すぎるとAlが過度に酸化物を形成して、かえって接合性が低下したり、凝固収縮が大きくなり接合後の被接合物(酸化物)が割れたりする問題が懸念される。よって、本発明のAl量は、下述のAg添加量との関係において0.1超〜6.0%とする。好ましくは0.3〜3.0%、さらに好ましくは0.5〜1.5%である。
Agは、本発明のSn−Ag−Alの3元系はんだ合金にとっては、SnへのAl添加量を最適に制御するものであり、本発明の、SnにAlを配合させる無鉛金属合金はんだにとっては、やはり必要不可欠な金属である。さらには、金属はんだ自身の酸化皮膜の形成を抑える元素であることから、やはり重要な必須元素である。しかしながら、多すぎると、硬くて脆い性質を持つ金属間化合物をはんだ中に多量に形成し、接合強度が低下する原因となる。一方、少なすぎると、主成分であるSnが柔らかい金属であるので、金属間化合物の形成によるはんだ自体の硬さが確保できず、所望の接合強度が得られない。更には、SnへのAl固溶量が確保できず、被接合物である酸化物材料との濡れ性も低下する。よって、本発明のAg量は、上述のAl添加量との相互関係において2.0〜15.0%とする。好ましくは、3.0〜13.0%、さらに好ましくは、5.0超〜12.0%、特には、6.0〜10.0%である。
本発明のSn−Ag−Al系はんだ合金にとっては、そのAlとAg量の関係が重要であって、相互に調整することが好ましい。つまり、本発明はAlとAgの配合比を最適に制御することで、酸化物との密着性を最適化しているところ、AlとAgの金属間化合物の形成度合を制御する場合、Agの量に対して過剰なAlを添加すると、これはAl偏析の原因となり、酸化物との濡れ性が低下する。また、Agの量に対してAlの量が少なければ、濡れ性を向上させるためのAlがAgとの金属間化合物の形成に捕られ、十分な濡れ性を得られない傾向となる。そこで、更なる濡れ性の向上を達成するために、Ag量とAl量の最適な調整指標を検討した結果、[(%Ag)−(%Al)×7.8]を尺度とすることが望ましいことを、本発明者は知見した。そして、この指標で評価したAg量とAl量の好適な関係は、0<[(%Ag)−(%Al)×7.8]<10であり、これは特に酸化物の接合による真空封止を行う場合の濡れ性の向上に有効である。
Snは、酸化物との熱膨張係数の緩和および溶融温度の引下げに寄与する、本発明のはんだ合金を構成する基体元素である。特に熱膨張係数の調整においては、Snは90〜85%の範囲で配合することが望ましい。
接合強度を測定するため、2枚のガラス板をはんだ合金で接続した試験片を準備し、これに3点曲げによる試験を行った。試験片は、1枚が厚さ3mm×長さ50mm×幅25mmのソーダライムガラス基板を2枚用い、お互いがずれた位置で長さ6mmの接着しろで接合した(図4)。そして、接合した試験片を3点曲げ試験することで、接合部が剥がれ2枚のガラス板に分離、または試験片が破壊した時の荷重を測定した。荷重評価試験機は、アイコーエンジニアリング(株)社製MODEL−1308を用いた。試験結果を、用いたはんだ合金の成分組成と共に、表1に示す。
厚さ5mm×長さ40mm×40mmのソーダライムガラス基板をホットプレート上に設置し、約380℃まで加熱した後、その一平面に大気中で0.4mm厚さのはんだ合金を塗付した。そして、偏光補償法(セナルモン法)によってガラス中の内部応力を測定した。測定要領は、はんだ合金の接続面側の内部応力と、はんだ合金を塗付していない面側の内部応力を求め、圧縮応力を正として差分を取り、はんだ合金を塗付したことよるガラス中の内部応力の増加分とした。試験結果を、用いたはんだ合金の成分組成と共に、表2に示す。
厚さ3mm×長さ50mm×50mmのソーダライムガラス基板を、ガラス上で380℃に加熱した状態で、その1平面上の周囲に、約2mm幅になるよう、はんだ合金を塗付した。そして、その平面上に、予め同温度に加熱しておいた3mmφの孔を中央部に持つ同寸法の基板を重ね載せて、2枚のガラスを接着した。この時、ガラス平面間には厚さ0.1mm(約1mm角)のステンレス箔をスペーサとして設置しているので、内部には0.1mmの高さ空間を持つ容器となっている(図5)。そして、得られた容器に対し、リークディテクタ((株)アルバック製HELIOT700)を用いて、空間を真空脱気しつつ、Heガスを接合各部へ吹き付けながら、そのリーク量を測定した。試験結果を、用いたはんだ合金の成分組成と共に、表3に示す。
Claims (8)
- 質量%で、Ag:2.0〜15.0%、Al:0.1超〜6.0%を含み、残部Snおよび不可避的不純物からなることを特徴とする酸化物接合用はんだ合金。
- 質量%で、Al:0.3〜3.0%であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物接合用はんだ合金。
- 質量%で、Al:0.5〜1.5%であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物接合用はんだ合金。
- 質量%で、Ag:3.0〜13.0%であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物接合用はんだ合金。
- 質量%で、Ag:5.0超〜12.0%であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物接合用はんだ合金。
- 質量%で、Ag:6.0〜10.0%であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物接合用はんだ合金。
- 質量%で、AgとAlの関係が、次式
0<[(%Ag)−(%Al)×7.8]<10
の範囲を満足す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酸化物接合用はんだ合金。 - ガラス同士を接合するものであることを特徴とする請求項1に記載の酸化物接合用はんだ合金。
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