JPWO2014049874A1 - 電気・電子機器用途のＡｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ‐Ｃｏ合金 - Google Patents
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Abstract
本発明は、Ａｇ２０〜５０質量％、Ｐｄ２０〜５０質量％、Ｃｕ１０〜４０質量％、Ｃｏ０．５〜３０質量％よりなり、低い接触抵抗で耐酸化性に優れ、硬さが硬く、加工性に優れ、Ｓｎ合金はんだに対してぬれ性が低く、且つ耐Ｓｎ合金はんだ浸食性を有することを特徴とする電気・電子機器用途の金属材料を提供するものである。
Description
本発明は、電気・電子機器用途の金属材料に関する。
電気・電子機器用途に使用される金属材料は、低い接触抵抗や耐酸化性に優れている等の諸特性が求められる為、高価なＰｔ合金、Ａｕ合金、Ｐｄ合金、Ａｇ合金などの貴金属合金を広く用いている。しかしながら、使用用途（半導体集積回路等の検査用プローブなど）によっては、低い接触抵抗や耐酸化性の他に、硬さ（耐磨耗性）なども必要とされる。そこで、塑性加工を施した状態で高い硬さを示すＰｔ合金、Ｉｒ合金等や、析出硬化するＡｕ合金、Ｐｄ合金等が好んで使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
プローブの検査対象がＳｎ合金はんだバンプ等の場合、プローブの材質がＳｎ合金はんだに含まれるＳｎに対して耐浸食性が低く、また、ぬれ性が良いと、何万回もの繰り返し動作試験時に、プローブにＳｎ合金はんだが付着しやすくなり、その結果、抵抗値に変化をもたらすため、正確な試験が行えなくなってしまうことがある。
そこで、プローブへのＳｎ合金はんだの付着への対策として、ある一定回数の試験を行った後に、プローブの先端を洗浄している。しかしながら、プローブにＳｎ合金はんだが付着しにくくすることができれば、洗浄回数の削減ができる上、より正確な試験が可能になり、検査歩留りも向上することになる。
このような要望に対して、Ａｇめっき、Ｐｄめっきを施す等の研究・開発がされている。しかしながら、何万回もの繰り返し動作試験や洗浄を行う事により、めっき摩耗などが懸念される。また、近年の検査対象の微小化に伴い、プローブ自体も微小化が進んできており、めっきを施すことが困難な場合も考えられる（例えば、特許文献３）。
本発明は、Ａｇ２０〜５０質量％、Ｐｄ２０〜５０質量％、Ｃｕ１０〜４０質量％からなるＡｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ合金に、特定の元素であるＣｏ０．５〜３０質量％を添加することにより、Ｓｎ合金はんだに含まれるＳｎを主対象としてぬれ性が低く、且つ耐浸食性を有することを特徴とする電気・電子機器用途のＡｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ‐Ｃｏ合金を提供するものである。なお、本発明におけるＳｎ合金はんだとは、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｚｎ‐Ｂｉ系、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｉｎ系、Ｓｎ‐Ｚｎ‐Ａｌ系等に代表されるＰｂフリーはんだのことを指す。
本発明において、Ｃｏの添加量を０．５〜３０質量％とする理由は、Ｓｎ合金はんだに対してのぬれ性が低く、且つ耐浸食性を向上させる為であり、０．５質量％未満ではＳｎ合金はんだに対しての耐浸食性やぬれ性低下の効果は現われず、３０質量％を超えると著しく加工性が低下し、さらに、所定の硬さが得られないためである。
また、本発明のＡｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ合金にＣｏを添加した合金に、さらに、用途により特性を改善する添加元素として、Ａｕ０．１〜１０質量％、および／もしくはＮｉ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｔａの群から選ばれた少なくとも１種以上の添加元素を０．１〜３．０質量％添加することを特徴とする。Ａｕを０．１〜１０質量％添加する理由は、耐酸化性および硬さを向上させるためであり、０．１質量％未満ではその効果がなく、１０質量％を超えると加工性が悪くなるためである。Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｔａからなる群から選ばれた少なくとも１種以上の添加元素を０．１〜３．０質量％添加する理由は、硬さを向上させるためである。Ｎｉは、Ａｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ合金の析出後の折り曲げ特性を向上させる添加元素としても作用する。Ｒｅ、Ｒｈ、およびＲｕは、結晶粒を微細化させる添加元素としても作用する。
本発明により、低い接触抵抗で耐酸化性に優れ、硬さが硬く、加工性に優れ、Ｓｎ合金はんだに対してぬれ性が低く、且つ耐Ｓｎ合金はんだ浸食性を有することを特徴とする電気・電子機器用途の金属材料を提供する事が可能となる。
下記に本発明の実施例を説明する。真空溶解にて各Ａｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ合金にＣｏまたは、用途により特性を改善する添加元素を加えた合金のインゴット（厚さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）を作製した。
湯引け等の溶解欠陥部を除去した後、圧延加工と溶体化処理（８００°Ｃ×１ｈｒ、Ｈ2とＮ2の混合雰囲気中）を板厚０．３ｍｍまで繰り返し、最終断面減少率が約７５％になるように圧延加工したものを試験片（厚さ０．３ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ）とし、析出硬化の条件はＨ2とＮ2の混合雰囲気中にて３００〜５００°Ｃ×１ｈｒで行った。また、試験片の硬さ測定は、表面硬さをビッカース硬さ試験機で、ＨＶ０．２にて測定を行った。
Ｓｎ合金はんだに対してのぬれ性の低さおよび耐Ｓｎ合金はんだ浸食性の調査は、試験片上に厚さ０．８ｍｍ×幅１．０ｍｍ×長さ１０ｍｍのＳｎ合金はんだを設置し、２７５°Ｃで１ｍｉｎ加熱保持した後、溶融したＳｎ合金はんだを冷却してから、試験片の外観を観察することにより、Ｓｎ合金はんだに対するぬれ性の低さを評価した。ぬれ性の低さの評価基準は、溶融したＳｎ合金はんだ幅が幅３．０ｍｍ未満の物を評価Ａとし、幅３．０ｍｍ〜４．９ｍｍの物を評価Ｂとし、幅５．０ｍｍ以上を評価Ｃとした。また、試験片およびＳｎ合金はんだの断面組織観察により耐Ｓｎ合金はんだ浸食性を評価した。耐Ｓｎ合金はんだ浸食性の評価基準は、試験片に対してのＳｎの浸食の深さが３０μｍ未満を評価Ａ、３０〜５９μｍを評価Ｂ、６０μｍ以上を評価Ｃとした。
本実施例の溶解方法は真空溶解を用いたが、真空溶解以外の様々な金属溶解方法、例えば、連続鋳造法、ガス溶解等の様々な金属溶解法でも適用可能である。また、今後確立されるであろう新たな溶解方法においても溶解可能と推測される。
本実施例は試験片として板材を製造しているため、塑性加工方法の１つである圧延加工を施しているが、求められる形状に合わせて、圧延加工以外の様々な塑性加工方法を施す事が可能である。例えば、求められる形状が線状ならば、伸線加工（引抜き加工）、もしくはスェージング加工等の塑性加工が適しており、プローブの製造に用いられるプローブ用金属材料等に好適に利用できる。また今後、確立されるであろう新たな塑性加工方法においても加工可能と推測される。
本実施例において使用したＳｎ合金はんだは、千住金属工業株式会社製のエコソルダー（登録商標）（Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系）であるが、その他のＰｂフリーはんだ（Ｓｎ合金はんだ）においても、ぬれ性が低く、耐Ｓｎ合金はんだ浸食性の向上が確認できた。
表１、表２に実施例の組成一覧、ぬれ性の低さ、耐Ｓｎ合金はんだ浸食性、加工後および析出硬化後の硬さを示す。
表２の結果より、Ａｇ‐Ｐｄ‐ＣｕにＣｏを添加していない比較例１および比較例２においては、ぬれ性の低さおよび耐Ｓｎ合金はんだ浸食性は共に評価Ｂだが、比較例１および比較例２にＣｏを１０質量％添加した実施例１および実施例２においては、ぬれ性の低さおよび耐Ｓｎ合金はんだ浸食性共に向上が確認でき、評価Ａであった。
同様に、比較例３〜６に関しても、ぬれ性の低さおよび耐Ｓｎ合金はんだ浸食性のどちらか一方でも評価Ａのものはなかった。実施例３〜３２のＡｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ合金にＣｏを添加し、さらにＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｔａの群から選ばれる少なくとも１種を添加した合金においては、ぬれ性の低さおよび耐Ｓｎ合金はんだ浸食性が、少なくとも一方は評価Ａとなり、かつ評価Ｃは確認されず、Ｓｎ合金はんだに対してぬれ性が低く、耐Ｓｎ合金はんだ浸食性の向上が確認できた。
Claims (5)
- Ａｇ２０〜５０質量％、Ｐｄ２０〜５０質量％、Ｃｕ１０〜４０質量％、およびＣｏ０．５〜３０質量％を含む合金からなり、Ｓｎ合金はんだに対してぬれ性が低く、耐Ｓｎ合金はんだ浸食性を有することを特徴とする電気・電子機器用途の金属材料。
- 請求項１に記載の金属材料において、さらに、Ａｕを０．１〜１０質量％含むことを特徴とする金属材料。
- 請求項１または請求項２に記載の金属材料において、さらに、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｔａからなる群から選ばれた少なくとも１種以上の添加元素を０．１〜３．０質量％含有することを特徴とする金属材料。
- 請求項１または請求項２において、塑性加工後の析出硬化時の硬さを２００〜４５０ＨＶとすることを特徴とする金属材料。
- 請求項３において、塑性加工後の析出硬化時の硬さを２００〜４５０ＨＶとすることを特徴とする金属材料。
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