JPWO2014021308A1 - Solder alloy for metal bonding and soldering method using the same - Google Patents

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Abstract

多くの金属に対して良好なはんだ付け接合が可能な高融点の金属接合用はんだ合金及びこれを用いたはんだ付け方法を提供すること。Znを主成分とする金属接合用はんだ合金であって、更に1.0〜5.0質量%のAl及び0.01〜0.5質量%のSiを含むことを特徴とする金属接合用はんだ合金及びこれを用いたはんだ付け方法。To provide a high melting point soldering metal alloy capable of good soldering joining to many metals and a soldering method using the same. Solder alloy for metal bonding comprising Zn as a main component, further comprising 1.0 to 5.0 mass% Al and 0.01 to 0.5 mass% Si Alloy and soldering method using the same.

Description

本発明は金属材料全般に使用されるはんだ合金に関し、特にZnを主成分とするはんだ合金に関する。   The present invention relates to a solder alloy used for all metal materials, and more particularly to a solder alloy mainly composed of Zn.

はんだとは、対象の母材よりも融点が低く、かつ十分な接合が可能であるように合金組成を設定し、合金成分となる原材料を加熱溶融し、はんだを用いた作業方法に応じて適正な形状に凝固させた合金である。   With solder, the melting point is lower than the target base material and the alloy composition is set so that sufficient bonding is possible, and the raw materials that are the alloy components are heated and melted, and appropriate according to the soldering method It is an alloy that has been solidified into a simple shape.

はんだを用いて金属材料を接合する場合、必要な特性として、加熱にてはんだを溶融させて適正にはんだ付けが行われ、接合後も強度及び耐食性が優れていること、さらに作業が容易で且つ、経済性の面からはんだ合金と作業コストのいずれにおいても安価であることが望まれる。今日、エレクトロニクスの発展で電子機器の接合における接合技術は飛躍的に進歩し、部品サイズが0.4mm×0.2mmに代表されるチップ部品の接合が可能となっている。   When joining metal materials using solder, the necessary properties are that the solder is melted by heating and soldering is performed properly, the strength and corrosion resistance are excellent even after joining, and the work is easy and From the economical aspect, it is desired that both the solder alloy and the operation cost are inexpensive. Today, with the development of electronics, the joining technology for joining electronic devices has dramatically advanced, and it is possible to join chip components represented by a component size of 0.4 mm × 0.2 mm.

エレクトロニクス以外の分野においては、アルミニウムの接合に代表される摩擦はんだ付け法がある。摩擦はんだ付け法とは、はんだ付けされる金属材料を加熱し、はんだを半溶融の状態にして、ステンレスのヘラでその上から擦ることで、アルミニウム表面に存在する酸化物を除去する方法である。しかしながら、摩擦はんだ付け法は、アルミニウムとアルミニウムの接合の場合にしか行うことができず、アルミニウムと異種金属(アルミ以外の金属)の接合では、予め異種金属側をフラックスを用いて予備はんだ付けを行い、フラックス残渣を洗浄除去し、さらに加熱をしてアルミニウム及び異種金属側のはんだを溶融して重ね合わせる工法が余儀なくされている。   In fields other than electronics, there are friction soldering methods represented by aluminum joining. The friction soldering method is a method of removing oxides existing on the aluminum surface by heating the metal material to be soldered, making the solder in a semi-molten state, and rubbing from above with a stainless spatula. . However, the friction soldering method can be performed only in the case of joining aluminum and aluminum. In joining of aluminum and dissimilar metal (metal other than aluminum), pre-soldering is performed on the dissimilar metal side beforehand using a flux. There is an unavoidable method of cleaning, removing and removing the flux residue, and further heating and melting the aluminum and the dissimilar metal side solder.

フラックスを使用してもはんだ付けできない異種金属としてチタン及びチタン合金、高速度鋼に代表される超硬合金などがある。はんだ付けできない材料は溶接などに依存することになる。被着体の材料に応じてはんだの材質を変更しなければならないことは生産性の低下につながり、結果としてはんだ接合離れになり得る。さらに、はんだ付け出来ない概念が出来上がって技術の進化を停滞させる結果になっている。   Examples of dissimilar metals that cannot be soldered using flux include titanium and titanium alloys, and cemented carbides such as high-speed steel. Materials that cannot be soldered depend on welding and the like. If the material of the solder has to be changed according to the material of the adherend, the productivity is lowered, and as a result, the solder joint can be separated. In addition, the concept of soldering is completed, resulting in a slowdown in technological evolution.

はんだ付け出来ない事例では、ステンレス鋼の表面にCrに代表される頑固な酸化物が形成される。このようなその酸化物は安定しているため、フラックスで除去するのが困難である。接合されたはんだと金属の界面に酸化物が残留した場合、はんだ付けとはならない。In the case where soldering is not possible, a stubborn oxide typified by Cr 2 O 3 is formed on the surface of stainless steel. Such oxides are stable and difficult to remove with flux. If oxide remains at the interface between the bonded solder and metal, soldering will not occur.

はんだ付けにおいては、まず、接合金属表面の酸化物を除去し、次に、溶融はんだを接合部に供給することにより、両金属の原子が互いに拡散して合金層を形成させることが必要である。接合が不十分な場合は界面に酸化物が残留していることになるが、界面に存在する酸化物は目視で確認することはできない。はんだ付け部に酸化物が残留した場合には接合強度が低下し、また、通電される場合は導電性が低下して発熱の原因となる。   In soldering, it is necessary to first remove the oxide on the surface of the joining metal, and then supply molten solder to the joint, so that the atoms of both metals diffuse to form an alloy layer. . When bonding is insufficient, oxide remains at the interface, but the oxide present at the interface cannot be visually confirmed. When the oxide remains in the soldered portion, the bonding strength is lowered, and when energized, the conductivity is lowered to cause heat generation.

ところで、従来から使用されているはんだ合金として、ZnとAlを含むはんだ合金が知られている(例えば、特許文献1)。ZnとAlを含むはんだ合金は、Al含有量が5質量%付近の場合、Zn−Alの共晶点である380℃付近が融点となる(図1を参照)。また、Al含有量が5質量%以下の場合、Al含有量が少ないほど融点が上がり390℃以上の高温に上昇させることが可能であるが、示差走査熱量計で測定すると共晶点(380℃付近)に吸熱ピークが見られることより、共晶点の段階で溶融が開始していることが確認できる。   By the way, a solder alloy containing Zn and Al is known as a solder alloy conventionally used (for example, Patent Document 1). In the case of a solder alloy containing Zn and Al, when the Al content is around 5% by mass, the melting point is around 380 ° C., which is the eutectic point of Zn—Al (see FIG. 1). Further, when the Al content is 5% by mass or less, the lower the Al content, the higher the melting point and the temperature can be raised to a high temperature of 390 ° C. or higher. However, when measured with a differential scanning calorimeter, the eutectic point (380 ° C. From the fact that an endothermic peak is observed in the vicinity), it can be confirmed that melting has started at the stage of the eutectic point.

自動車など、稼動時間が長く高温下に曝される機器の温度は300℃以上に達することもあり、共晶点付近が融点である場合でははんだが溶融し、機器の破損に至ることもある。このような理由から融点が高いはんだ合金の開発が望まれている。   The temperature of a device such as an automobile that is exposed to a high temperature for a long operating time may reach 300 ° C. or higher. If the melting point is near the eutectic point, the solder may melt and the device may be damaged. For these reasons, development of a solder alloy having a high melting point is desired.

特許文献2に記載されているZn合金は、Al量を1質量%以下とすることで融点が390℃以上の高温になっている。しかしながら、はんだ成分にAlが少ないほどアルミニウム及びアルミニウム合金製の母材のはんだ付けをする際、はんだ成分の亜鉛過多によって母材が浸食されてしまうため、アルミニウムに対するはんだ付け性に劣る。   The Zn alloy described in Patent Document 2 has a high melting point of 390 ° C. or higher by setting the Al content to 1% by mass or less. However, when Al is contained in the solder component, when soldering a base material made of aluminum or an aluminum alloy, the base material is eroded due to excessive zinc in the solder component, so that the solderability to aluminum is inferior.

特開平9−225678号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-225678 特開2006−167748号公報JP 2006-167748 A

したがって、本発明の目的は、多くの金属に対して良好なはんだ付け接合が可能な高融点の金属接合用はんだ合金及びこれを用いたはんだ付け方法を提供することにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high melting point soldering metal alloy capable of good soldering and joining to many metals and a soldering method using the same.

本発明の課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討を行った結果、上記目的は、Znを主成分とする金属接合用はんだ合金であって、更に1.0〜5.0質量%のAl及び0.01〜0.5質量%のSiを含むことを特徴とする金属接合用はんだ合金により達成されることを見出した。   As a result of intensive studies by the present inventors to solve the problems of the present invention, the above object is a solder alloy for metal bonding mainly composed of Zn, and further comprising 1.0 to 5.0% by mass. It has been found that this is achieved by a solder alloy for metal bonding characterized by containing Al and 0.01 to 0.5% by mass of Si.

本発明の金属接合用はんだ合金の好ましい態様は以下の通りである。   Preferred embodiments of the solder alloy for metal bonding of the present invention are as follows.

(1)0.3〜2質量%のNiを更に含む。
これにより、Zn−Alの共晶の溶融が確認されない合金が作製可能である。
(2)Ge、Co、Cu、Cr、Mn及びFeからなる群から選択される少なくとも1種の元素を0.05〜2.0質量%の量で更に含む。
(3)Ge及び/又はFeを0.05〜2.0質量%の量で更に含む。
(4)Alの含有量が1.0〜3.0質量%である。
(5)Siの含有量が0.1〜0.3質量%である。
(6)Znの含有量が90質量%以上である。
(1) Further containing 0.3 to 2% by mass of Ni.
Thereby, an alloy in which the melting of the eutectic of Zn—Al is not confirmed can be produced.
(2) It further contains at least one element selected from the group consisting of Ge, Co, Cu, Cr, Mn and Fe in an amount of 0.05 to 2.0% by mass.
(3) Further containing Ge and / or Fe in an amount of 0.05 to 2.0 mass%.
(4) The Al content is 1.0 to 3.0 mass%.
(5) The Si content is 0.1 to 0.3% by mass.
(6) The Zn content is 90% by mass or more.

また、上記目的は、本発明の金属接合用はんだ合金を用いたはんだ付け方法により達成される。   Moreover, the said objective is achieved by the soldering method using the solder alloy for metal joining of this invention.

本発明のはんだ付け方法の好ましい態様は以下の通りである。   Preferred embodiments of the soldering method of the present invention are as follows.

(1)摩擦はんだ付け法である。
(2)ハロゲンを含む無機化合物を含むフラックスを用いて行う。
(3)前記フラックスは、少なくともLiCl、KCl及びZnClを含む。
(1) Friction soldering method.
(2) Perform using a flux containing an inorganic compound containing halogen.
(3) the flux comprises at least LiCl, the KCl and ZnCl 2.

本発明のはんだ合金は、アルミニウム部材同士の接合はもとより、アルミニウムと、ステンレス、ニッケル、銅、チタンなどの金属や真鍮などの合金との接合も可能であり、アルミニウムに限らない様々なはんだ付け、ろう付けの用途で使用することができる。そして、本発明のはんだ合金は高融点であるため、自動車等の高温下に曝される機器に使用するはんだ合金として好適に使用することができる。   The solder alloy of the present invention is capable of joining aluminum with metals such as stainless steel, nickel, copper, titanium, and alloys such as brass as well as joining aluminum members, and various soldering not limited to aluminum, Can be used for brazing applications. And since the solder alloy of this invention has high melting | fusing point, it can be used suitably as a solder alloy used for the apparatus exposed to high temperature, such as a motor vehicle.

Zn−Al状態図である。It is a Zn-Al phase diagram. Al−Si状態図である。It is an Al-Si phase diagram. Zn−Si状態図である。It is a Zn-Si phase diagram.

以下に本発明の金属接合用はんだ合金を詳細に説明する。本発明の金属接合用はんだ合金は、Alを1.0〜5.0質量%、Siを0.01〜0.5質量%、及び必要により後述する更なる元素を含み、残りが主成分のZnである。   The metal bonding solder alloy of the present invention will be described in detail below. The metal-bonding solder alloy of the present invention contains Al in an amount of 1.0 to 5.0% by mass, Si in an amount of 0.01 to 0.5% by mass, and, if necessary, additional elements described later, with the remainder being the main component. Zn.

本発明におけるZn以外の成分には以下の効果がある。Alは、Znに対し酸化及びZn(Znはバネ性が乏しく脆い存在)の脆化を改善する働きがある。溶融金属の高温での酸化が抑制できれば歩留りの向上につながる。Zn中のAlの存在は溶融した時の酸化防止作用として不可欠である。溶融温度が高い金属または合金は一般的には強度が高い。Sn−Zn合金は融点が199℃と低く、経験上、この合金よりも融点が高い合金と比較して強度が低い。本合金は亜鉛をベースとしてさらに融点が高い金属を添加することで、強度改善にも効果がある。反面、融点が高くなるほど、生成中における金属の酸化も増加する。   Components other than Zn in the present invention have the following effects. Al has a function of improving the oxidation of Zn and the embrittlement of Zn (Zn has poor spring property and is brittle). If the oxidation of the molten metal at a high temperature can be suppressed, the yield will be improved. The presence of Al in Zn is indispensable as an antioxidant action when melted. A metal or alloy having a high melting temperature generally has high strength. The Sn—Zn alloy has a melting point as low as 199 ° C., and experience shows that the strength is lower than that of an alloy having a higher melting point than this alloy. This alloy is effective in improving strength by adding a metal having a higher melting point based on zinc. On the other hand, the higher the melting point, the greater the oxidation of the metal during formation.

Znを主成分とするはんだ合金の開発に際し、Znの融点を超える領域では酸化が著しく、実作業に適さないことが分かった。Siを添加することによりZnの融点が上がり、酸化を抑えることができる。Siは融点が1410℃と高く、酸素とは900℃以上で反応するが、溶融状態では多くの金属合金或いはケイ素化物をつくり、金属酸化物の生成を抑制する働きがある。このことから、はんだを製造する過程で亜鉛及び亜鉛合金の酸化及び酸化物の巻き込みが生じ、これらを防止する上でSiは有効である。合金製造後の実作業のはんだ付けで必ず加熱融解するために、大気中で加熱を行うと酸化は免れない。しかしながら、Siを加えたはんだ合金は大気中の作業においてもSiがはんだ溶融中に酸素を奪って優先的に反応することにより、Znの酸化が抑えられ、安定した作業と信頼性の高い接合部を作ることができる。本発明のはんだ合金は比較的高温で作業するため、信頼性は酸化をいかに防止するかである。   In developing a solder alloy containing Zn as a main component, it was found that oxidation was remarkable in the region exceeding the melting point of Zn, which was not suitable for actual work. By adding Si, the melting point of Zn increases, and oxidation can be suppressed. Si has a high melting point of 1410 ° C. and reacts with oxygen at 900 ° C. or higher, but in the molten state, it forms many metal alloys or silicides and has a function of suppressing the formation of metal oxides. For this reason, oxidation of zinc and zinc alloy and entanglement of oxide occur in the process of manufacturing solder, and Si is effective in preventing these. Oxidation is inevitable if heating is performed in the atmosphere, since it is always heated and melted by soldering in actual work after the alloy is manufactured. However, the solder alloy to which Si is added can prevent the oxidation of Zn by preferentially reacting with Si by depriving of oxygen during the melting of the solder even in the work in the atmosphere. Can be made. Since the solder alloy of the present invention operates at relatively high temperatures, reliability is how to prevent oxidation.

また、はんだ付け作業を前提とした場合、亜鉛を主成分として、これにアルミニウムを添加する融点が419.5℃のZn−Al状態図では固相線が382℃になる。この共晶温度領域は、Zn−Al状態図(図1)からZnの割合が82.8〜98.86質量%の範囲に存在している。この系の合金状態図の共晶領域は凝固終了温度(溶融開始温度)が一定の382℃である。実用段階では組成の変動は起こり得るのではんだ材としては加熱作業及び冷却過程で一定の382℃であれば作業がしやすい。図1においては275℃に固体内変態が起こるので、この変態を抑えるようにしなければ、体積の大きな被接合材料のはんだ付けで加熱ムラが生じる危険性が出て来る。これらの問題を解決するために試作した結果、Niの添加が有効であった。Niは変態を抑える効果の他に、共晶点での溶融を抑える効果がある。   Also, assuming soldering work, the solidus line is 382 ° C. in the Zn—Al phase diagram in which zinc is the main component and the melting point for adding aluminum to this is 419.5 ° C. This eutectic temperature region exists in the range of 82.8 to 98.86% by mass of Zn from the Zn—Al phase diagram (FIG. 1). The eutectic region of the alloy phase diagram of this system has a constant solidification end temperature (melting start temperature) of 382 ° C. Since the composition may vary in the practical stage, the solder material is easy to work at a constant temperature of 382 ° C. during the heating and cooling processes. In FIG. 1, an internal transformation occurs at 275 ° C., and unless this transformation is suppressed, there is a risk that uneven heating will occur due to the soldering of the material to be joined having a large volume. As a result of trial manufacture to solve these problems, the addition of Ni was effective. Ni has the effect of suppressing melting at the eutectic point in addition to the effect of suppressing transformation.

本発明のはんだ合金におけるAlの含有量は1.0〜5.0質量%、好ましくは1.0〜3.0質量%、更に好ましくは1.5〜2.0質量%である。1.0質量%未満ではAlの添加効果が見られず、酸化物が多く生成する。また、5.0質量%を超えると、融点が低下するだけでなく、はんだ付け性も低下する。   The content of Al in the solder alloy of the present invention is 1.0 to 5.0 mass%, preferably 1.0 to 3.0 mass%, more preferably 1.5 to 2.0 mass%. If the amount is less than 1.0% by mass, the effect of addition of Al is not observed, and a large amount of oxide is generated. Moreover, when it exceeds 5.0 mass%, not only melting | fusing point will fall but solderability will also fall.

本発明のはんだ合金におけるSiの含有量は0.01〜0.5質量%、好ましくは0.1〜0.5質量%、更に好ましくは0.1〜0.3質量%である。0.01質量%未満ではSiの添加効果が見られず、はんだ付け時に酸化物が多く生成する。また、0.5質量%を超えると、融点が高くなり、湯流れ悪化による歩留まり低下を引き起こす。また、図2のAl−Siの状態図より、Siは融点が高温であるが、Alとは所定の割合(Al:Si=1:8〜10)で共晶を作るため融点が下がる。一方、図3のZn−Siの状態図を見ると共晶生成による融点低下が起こらないため、Siの融解はまずAlと共に融解した方が単独で行うよりも容易である。   The content of Si in the solder alloy of the present invention is 0.01 to 0.5% by mass, preferably 0.1 to 0.5% by mass, and more preferably 0.1 to 0.3% by mass. If it is less than 0.01% by mass, the effect of addition of Si is not observed, and a large amount of oxide is generated during soldering. Moreover, when it exceeds 0.5 mass%, melting | fusing point will become high and will cause the yield fall by hot water flow deterioration. Further, from the Al—Si phase diagram of FIG. 2, Si has a high melting point, but since the eutectic is formed with Al at a predetermined ratio (Al: Si = 1: 8 to 10), the melting point is lowered. On the other hand, since the melting point decrease due to the eutectic formation does not occur in the Zn—Si phase diagram of FIG. 3, the melting of Si is easier than the melting with Al first than the single melting.

本発明のはんだ合金はNiを含むことが好ましい。Niの含有量は0.3〜2.0質量%、好ましくは0.5〜1.5質量%である。Ni含有量が0.3質量%よりも少ないとNiの添加効果が十分に得られない場合があり、変態点や共晶点のあるはんだ合金となる場合がある。一方、Ni含有量が2.0質量%よりも多い場合、金属溶融が困難となり、酸化物が多く生成して歩留りが低下する場合がある。   The solder alloy of the present invention preferably contains Ni. The content of Ni is 0.3 to 2.0% by mass, preferably 0.5 to 1.5% by mass. When the Ni content is less than 0.3% by mass, the effect of adding Ni may not be sufficiently obtained, and a solder alloy having a transformation point or a eutectic point may be obtained. On the other hand, when the Ni content is more than 2.0% by mass, metal melting becomes difficult, and a large amount of oxide is generated, which may reduce the yield.

はんだの機械特性や信頼性を向上するため、本発明のはんだ合金には、Al、Si及びNiの他に、Ge、Co、Cu、Cr、Mn及びFeからなる群から選択される少なくとも1種以上の更なる元素を添加してもよい。更なる元素の含有量は、0.05〜2.0質量%、好ましくは0.05〜1.0質量%、特に好ましくは0.05〜0.2質量%である。この範囲であれば、湯流れ性が悪化や融点の上昇が生じることもなく、良好にはんだ付けを行えるはんだ合金が得られる。   In order to improve the mechanical properties and reliability of the solder, the solder alloy of the present invention includes at least one selected from the group consisting of Ge, Co, Cu, Cr, Mn and Fe in addition to Al, Si and Ni. You may add the above further element. The content of further elements is 0.05 to 2.0% by weight, preferably 0.05 to 1.0% by weight, particularly preferably 0.05 to 0.2% by weight. Within this range, it is possible to obtain a solder alloy that can be satisfactorily soldered without causing deterioration in hot-water flow and an increase in melting point.

本発明の主成分であるZnの含有量は上述したAl、Si、Ni及び更なる他の元素以外の残部であり、通常90質量%以上である。   The content of Zn, which is the main component of the present invention, is the balance other than the above-described Al, Si, Ni and other elements, and is usually 90% by mass or more.

本発明のはんだ合金は、その融点が390℃以上、有利には400℃以上の高融点のはんだ合金である。融点の上限は特に限定されないが作業性の点から500℃以下であることが有利である。本発明のはんだ合金は製造過程で生じ得る不可避不純物を含み得る。はんだ合金の形状は、例えば、線状、帯状、粉末状等、用途によって適宜選択することができる。   The solder alloy of the present invention is a high melting point solder alloy having a melting point of 390 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher. The upper limit of the melting point is not particularly limited, but is advantageously 500 ° C. or less from the viewpoint of workability. The solder alloy of the present invention may contain inevitable impurities that may occur during the manufacturing process. The shape of the solder alloy can be appropriately selected depending on the application, for example, a linear shape, a strip shape, a powder shape, or the like.

本発明のはんだ合金を用いたはんだ付け方法は従来と同様の方法で行うことができる。好ましくは摩擦はんだ付け法、超音波はんだ付け法、あるいはフラックスを用いたはんだ付け法である。   The soldering method using the solder alloy of the present invention can be performed by a method similar to the conventional method. A friction soldering method, an ultrasonic soldering method, or a soldering method using a flux is preferable.

摩擦はんだ付け法は、金属被着体の表面酸化膜に溶融はんだを接触させながら、機械的摩擦により表面酸化膜を研削除去することにより、はんだと金属被着体とを直接接触させ、金属原子の拡散により接着するはんだ付け方法である。また、超音波はんだ付け法は、金属被着体の表面酸化膜に溶融はんだを接触させながら、超音波振動により発生したキャビテーションを利用して表面酸化膜を剥離除去することにより、はんだと金属被着体とを直接接触させて、金属原子の拡散により接着するはんだ付け方法である。   In the friction soldering method, the solder is brought into direct contact with the metal adherend by grinding and removing the surface oxide film by mechanical friction while bringing the molten solder into contact with the surface oxide film of the metal adherend. This is a soldering method for adhering by diffusion. In addition, the ultrasonic soldering method uses the cavitation generated by ultrasonic vibration to peel and remove the surface oxide film while bringing the molten solder into contact with the surface oxide film of the metal adherend. This is a soldering method in which an adherend is brought into direct contact and bonded by diffusion of metal atoms.

フラックスを用いたはんだ付け方法では、ハロゲンを含む無機化合物を含むフラックスを用いることが好適である。このフラックスを用いることにより、本発明のはんだ合金の効果を最大限に発揮させることができる。   In the soldering method using a flux, it is preferable to use a flux containing an inorganic compound containing a halogen. By using this flux, the effect of the solder alloy of the present invention can be exhibited to the maximum.

ハロゲンを含む無機化合物は、金属ハロゲン化物、好ましくはアルカリ金属のハロゲン化物である。この金属は、K、Li及びZnから選択されることが好ましい。ハロゲンは塩素又はフッ素であることが好ましい。ハロゲンを含む無機化合物の具体例としては、LiCl、KCl、ZnCl、LiF、KF等が挙げられる。The inorganic compound containing halogen is a metal halide, preferably an alkali metal halide. This metal is preferably selected from K, Li and Zn. Halogen is preferably chlorine or fluorine. Specific examples of the inorganic compound containing halogen include LiCl, KCl, ZnCl 2 , LiF, and KF.

特に好ましいフラックスは、少なくともLiCl、KCl及びZnClを含むフラックスである。更に好ましいフラックスは、LiCl、KCl、ZnCl及びKFを含むフラックスである。極めて好ましいフラックスは、LiCl、KCl、ZnCl、KF及びLiFを含むフラックスである。Particularly preferred flux is a flux comprising at least LiCl, the KCl and ZnCl 2. A more preferred flux is a flux containing LiCl, KCl, ZnCl 2 and KF. Highly preferred flux is a flux comprising LiCl, KCl, and ZnCl 2, KF and LiF.

フラックスにおける各成分の含有量は、LiClが10〜40質量%、好ましくは10〜35質量%、KClが10〜40質量%、好ましくは28〜40質量%、ZnClが20〜40質量%、LiFが0.01〜5質量%、好ましくは2〜4質量%、KFが0.01〜15質量%、好ましくは3〜10質量%であることが好ましい。この配合比率を満たさない場合、フラックスが十分に機能せず、不濡れを引き起こすことがある。The content of each component in the flux is 10 to 40% by mass of LiCl, preferably 10 to 35% by mass, 10 to 40% by mass of KCl, preferably 28 to 40% by mass, 20 to 40% by mass of ZnCl 2 , It is preferable that LiF is 0.01 to 5 mass%, preferably 2 to 4 mass%, and KF is 0.01 to 15 mass%, preferably 3 to 10 mass%. When this blending ratio is not satisfied, the flux does not function sufficiently and may cause non-wetting.

以下、本発明を実施例により説明する。
<はんだ合金の作製>
表1及び2に示す組成の原材料を容器に入れ、融点以上に加熱して溶融させ、溶け残りがないことを確認した後に十分に酸化物をヘラにより除去し、溶融金属をくみ取って型に流し込み、冷却してはんだ合金を得た。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
<Preparation of solder alloy>
Put the raw materials with the composition shown in Tables 1 and 2 into a container, heat them to the melting point or higher and melt them. After confirming that there is no undissolved material, remove the oxides sufficiently with a spatula and pour the molten metal into the mold. And cooled to obtain a solder alloy.

<評価方法>
1.融点の測定
DSC熱示差分析器を用い、出力チャートのピーク温度を融点とした。
<Evaluation method>
1. Measurement of melting point Using a DSC thermal differential analyzer, the peak temperature of the output chart was taken as the melting point.

2.はんだ広がり試験
1)大きさ30×30mmの各試験片の上に上記で作製したはんだ合金を0.3g、フラックスを0.1g測りとり、500℃のホットプレートで加熱し、はんだ溶融後30秒まで加熱する。使用したフラックスの組成は、LiClが30質量%、KClが40質量%、ZnClが20質量%、KFが7質量%、LiFが3質量%である。
2. Solder spread test 1) Measure 0.3 g of the solder alloy prepared above and 0.1 g of flux on each 30 × 30 mm test piece, heat on a hot plate at 500 ° C., and 30 seconds after melting the solder Until heated. Composition of the flux used were, LiCl 30 weight%, KCl 40 mass%, ZnCl 2 20 mass%, KF is 7% by mass, LiF is 3 wt%.

2)JIS Z 3198に沿ってはんだの広がり率を測定した。はんだの接合の有無と広がり率によって評価した。母材として、純金属はAl、Ni、Cu及びTi、合金は鉄合金(ステンレス)、銅合金(真鍮)を用いた。評価のうち×ははんだ合金が母材に接合しなかったものである。結果を表1及び2に示す。   2) The spread ratio of the solder was measured according to JIS Z 3198. The evaluation was based on the presence / absence of solder bonding and the spreading rate. As the base material, Al, Ni, Cu and Ti were used as the pure metals, and iron alloys (stainless steel) and copper alloys (brass) were used as the alloys. Among the evaluations, x indicates that the solder alloy was not bonded to the base material. The results are shown in Tables 1 and 2.

3.フラックスはんだ付けによるはんだ付け性試験
1)厚さ1mm、30×30mmのアルミ板の上に表3に示した配合のフラックスをフラックス:水:IPA=8:1:1の質量比で混合した溶液0.05gを付着させ、更にその上に上記実施例1で作製したはんだ0.1gを載せてガス加熱した。
2)はんだ溶融後直ちに濡れ広がったものを○、はんだ溶融後濡れ広がるまでに5秒以上経過したものを△、溶融しなかったものを×とした。結果を表3に示す。
3. Solderability test by flux soldering 1) A solution in which flux of the composition shown in Table 3 is mixed on a 1 mm thick, 30 × 30 mm aluminum plate in a mass ratio of flux: water: IPA = 8: 1: 1 0.05 g was adhered, and further 0.1 g of the solder produced in Example 1 was placed thereon and heated by gas.
2) The case where the solder spreads immediately after melting the solder is indicated as “◯”, the case where 5 seconds or more have passed before the solder is melted and spread out is indicated as “Δ”, and the case where the solder did not melt is indicated as “X”. The results are shown in Table 3.

Figure 2014021308
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Figure 2014021308
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はんだ広がり試験において、比較例では、比較例2を除く全ての例においてTi、ステンレス及び真鍮に対して接合しなかったが、実施例ではそのうち1種以上に接合していることが認められた。特に、Geを配合した実施例6及びFeを配合した実施例11は融点も高く、全ての母材に対して接合していることが認められた。また、Niを配合した実施例3、4、6〜11では共晶点がないことが認められた。   In the solder spread test, in the comparative example, it was not bonded to Ti, stainless steel, and brass in all the examples except the comparative example 2, but it was recognized that one or more of them were bonded in the examples. In particular, Example 6 containing Ge and Example 11 containing Fe also had a high melting point, and it was confirmed that they were bonded to all the base materials. Moreover, in Examples 3, 4, and 6 to 11 containing Ni, it was confirmed that there was no eutectic point.

さらに、上記はんだ広がり試験のホットプレートの温度条件500℃を560℃にしたこと以外は同じ条件で比較例1〜4、実施例1〜11の配合のはんだ合金についてはんだ広がり試験を行ったところ、比較例2以外は表1及び表2に示した結果とほぼ同じ結果が得られたが、比較例2はアルミが溶け、穴が開いたことが認められた。   Furthermore, when the solder spread test was performed on the solder alloys of the combinations of Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 11 under the same conditions except that the temperature condition 500 ° C. of the hot plate of the solder spread test was changed to 560 ° C., Except for Comparative Example 2, almost the same results as those shown in Tables 1 and 2 were obtained. In Comparative Example 2, it was confirmed that the aluminum melted and the holes were opened.

本発明の課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討を行った結果、上記目的は、.0〜5.0質量%のAl0.01〜0.5質量%のSi及び0.3〜2.0質量%のNiを含み、残部がZn及び不可避不純物であることを特徴とする金属接合用はんだ合金により達成されることを見出した。0.3〜2質量%のNiを含むことにより、Zn−Alの共晶の溶融が確認されない合金が作製可能である。 Results object present inventors to solve the have conducted extensive studies of the present invention, the above object is 1. 0 to 5.0 wt% of Al, see contains 0.01 to 0.5 mass% of Si and 0.3 to 2.0 wt% of Ni, and the balance being Zn and unavoidable impurities It has been found that this is achieved by a solder alloy for metal bonding. By including 0.3 to 2% by mass of Ni, an alloy in which the melting of the eutectic of Zn—Al is not confirmed can be produced.

(1)Ge、Co、Cu、Cr、Mn及びFeからなる群から選択される少なくとも1種の元素を0.05〜2.0質量%の量で更に含む。
)Ge及び/又はFeを0.05〜2.0質量%の量で更に含む。
)Alの含有量が1.0〜3.0質量%である。
)Siの含有量が0.1〜0.3質量%である。
)Znの含有量が90質量%以上である。
(1 ) It further contains at least one element selected from the group consisting of Ge, Co, Cu, Cr, Mn and Fe in an amount of 0.05 to 2.0% by mass.
( 2 ) Further containing Ge and / or Fe in an amount of 0.05 to 2.0 mass%.
( 3 ) The Al content is 1.0 to 3.0 mass%.
( 4 ) The Si content is 0.1 to 0.3% by mass.
( 5 ) The Zn content is 90% by mass or more.

Figure 2014021308
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Claims (11)

Znを主成分とする金属接合用はんだ合金であって、
更に1.0〜5.0質量%のAl及び0.01〜0.5質量%のSiを含むことを特徴とする金属接合用はんだ合金。
A solder alloy for metal bonding mainly composed of Zn,
Furthermore, 1.0-5.0 mass% Al and 0.01-0.5 mass% Si are included, The solder alloy for metal joining characterized by the above-mentioned.
0.3〜2.0質量%のNiを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の金属接合用はんだ合金。   The solder alloy for metal bonding according to claim 1, further comprising 0.3 to 2.0% by mass of Ni. Ge、Co、Cu、Cr、Mn及びFeからなる群から選択される少なくとも1種の元素を0.05〜2.0質量%の量で更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の金属接合用はんだ合金。   The at least one element selected from the group consisting of Ge, Co, Cu, Cr, Mn, and Fe is further included in an amount of 0.05 to 2.0% by mass. Solder alloy for metal bonding. Ge及び/又はFeを0.05〜2.0質量%の量で更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の金属接合用はんだ合金。   The solder alloy for metal bonding according to claim 1 or 2, further comprising Ge and / or Fe in an amount of 0.05 to 2.0 mass%. Alの含有量が1.0〜3.0質量%であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の金属接合用はんだ合金。   5. The solder alloy for metal bonding according to claim 1, wherein the content of Al is 1.0 to 3.0% by mass. Siの含有量が0.1〜0.3質量%であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の金属接合用はんだ合金。   The content of Si is 0.1-0.3 mass%, Solder alloy for metal joining of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Znの含有量が90質量%以上であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の金属接合用はんだ合金。   7. The solder alloy for metal bonding according to claim 1, wherein the Zn content is 90% by mass or more. 請求項1〜7の何れか1項に記載の金属接合用はんだ合金を用いたはんだ付け方法。   The soldering method using the solder alloy for metal joining of any one of Claims 1-7. 摩擦はんだ付け方法であることを特徴とする請求項8に記載のはんだ付け方法。   The soldering method according to claim 8, wherein the soldering method is a friction soldering method. ハロゲンを含む無機化合物を含むフラックスを用いて行うことを特徴とする請求項8に記載のはんだ付け方法。   The soldering method according to claim 8, wherein the soldering is performed using a flux containing an inorganic compound containing halogen. 前記フラックスは、少なくともLiCl、KCl及びZnClを含むことを特徴とする請求項10に記載のはんだ付け方法。The soldering method according to claim 10, wherein the flux includes at least LiCl, KCl, and ZnCl 2 .
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