JP2000052027A - 耐高温用金属接合法 - Google Patents
耐高温用金属接合法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】比較的低温で半田付けを行うことができ、しか
も、液相拡散によって半田合金組織を消失し、被接合部
は半田付け温度以上の高温にも十分に耐えることが出来
るという特殊な用途に使用され、場合によっては、Ｐｂ
フリー半田合金で金属接合を行うことができる耐高温用
金属接合法を提供する。 【解決手段】Ｓｎのみ、あるいは、Ｓｎ合金を、半田合
金フィラーとして被接合金属間に挿入し、前記被接合金
属の被接合部の温度を半田合金フィラーの溶融温度以上
に上昇させ、 前記被接合部分において、顕微鏡により
観察される金属組織の前記フィラー相が消滅するまで液
相拡散を行うことを特徴とする耐高温用金属接合法。
も、液相拡散によって半田合金組織を消失し、被接合部
は半田付け温度以上の高温にも十分に耐えることが出来
るという特殊な用途に使用され、場合によっては、Ｐｂ
フリー半田合金で金属接合を行うことができる耐高温用
金属接合法を提供する。 【解決手段】Ｓｎのみ、あるいは、Ｓｎ合金を、半田合
金フィラーとして被接合金属間に挿入し、前記被接合金
属の被接合部の温度を半田合金フィラーの溶融温度以上
に上昇させ、 前記被接合部分において、顕微鏡により
観察される金属組織の前記フィラー相が消滅するまで液
相拡散を行うことを特徴とする耐高温用金属接合法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半田接合部が必要
とする耐熱温度以下で接合可能で、この半田接合部が使
用上必要とする所定の耐熱温度にも十分に耐える接合を
行うことが出来る耐高温用金属接合法に関する。
とする耐熱温度以下で接合可能で、この半田接合部が使
用上必要とする所定の耐熱温度にも十分に耐える接合を
行うことが出来る耐高温用金属接合法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半田合金としては、（１）Ｓｎが
６０重量％、Ｐｂが４０重量％から成り、溶融温度が１
９０℃の低温用半田合金と、（２）Ｓｎが１０重量％、
Ｐｂが９０重量％から成り、溶融温度が３００℃の高温
用半田合金の２種類が広く利用されている。近時、環境
問題からＰｂフリー化が叫ばれているが、上記（１）の
低温用半田合金の場合は、Ｓｎが主成分のＳｎベース合
金を用いることによって、Ｐｂフリー化が達成される
が、上記（２）の高温用半田合金に関しては、今のとこ
ろＰｂフリー化の解決の見通しは全く無い。また、最
近、焼却炉の廃熱を利用するために熱電素子を取り付け
る場合が有るが、この取り付けのための高温用半田合金
として、上記（２）の高温用半田合金の溶融温度３００
℃以上の高温度にも耐えることが出来る半田合金が要求
され始めている。 このような見地から見ると、３００
〜４００℃の高温度で使用できる半田合金は現存しな
い。 この理由については後述する。
６０重量％、Ｐｂが４０重量％から成り、溶融温度が１
９０℃の低温用半田合金と、（２）Ｓｎが１０重量％、
Ｐｂが９０重量％から成り、溶融温度が３００℃の高温
用半田合金の２種類が広く利用されている。近時、環境
問題からＰｂフリー化が叫ばれているが、上記（１）の
低温用半田合金の場合は、Ｓｎが主成分のＳｎベース合
金を用いることによって、Ｐｂフリー化が達成される
が、上記（２）の高温用半田合金に関しては、今のとこ
ろＰｂフリー化の解決の見通しは全く無い。また、最
近、焼却炉の廃熱を利用するために熱電素子を取り付け
る場合が有るが、この取り付けのための高温用半田合金
として、上記（２）の高温用半田合金の溶融温度３００
℃以上の高温度にも耐えることが出来る半田合金が要求
され始めている。 このような見地から見ると、３００
〜４００℃の高温度で使用できる半田合金は現存しな
い。 この理由については後述する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現状では、高温用半田
合金として、Ｓｎが１０重量％、Ｐｂが９０重量％から
成り、Ｐｂを多く含む半田合金が広く利用されている。
しかし、Ｐｂを９０重量％も含む高温用半田合金の環
境問題という見地から要求され始めているＰｂフリー化
は、現時点では全く不可能であると思われる。 この理
由は、半田合金を構成する主成分のＰｂに相当する有用
な金属が、溶融温度が３００℃〜４００℃の間には存在
しないからである。 溶融温度３２１℃のＣｄが存在す
るが、ＣｄはＰｂ以上の有害金属であるため、半田合金
として使用することは出来ない。上述のＳｎが１０重量
％、Ｐｂが９０重量％から成り、Ｐｂを多く含む半田合
金は、従来、プリント基板の実装においても相当量用い
られてきている。従来、フィラー金属として広く使用さ
れてきた合金は、黄銅ろう、銀ろう、リン銅ろう等であ
るが、主として８００°Ｆ(４２６℃)以上で用いられて
いる。アメリカ金属学会（ＡＳＭ）の規定によると、８
００°Ｆ(４２６℃)以上の接合をろう付け（ｂｒａｚｉ
ｎｇ）と称し、８００°Ｆ(４２６℃)以下の接合を半田
付け（Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）と定義している。そこで、
本発明は、比較的低温で半田付けを行うことができ、し
かも、液相拡散によって半田合金組織を消失し、被接合
部は半田付け温度以上の高温にも十分に耐えることが出
来るという特殊な用途に使用され、場合によっては、Ｐ
ｂフリー半田合金によっても耐高温用金属接合を行うこ
とができる耐高温用金属接合法を提供することを目的と
する。
合金として、Ｓｎが１０重量％、Ｐｂが９０重量％から
成り、Ｐｂを多く含む半田合金が広く利用されている。
しかし、Ｐｂを９０重量％も含む高温用半田合金の環
境問題という見地から要求され始めているＰｂフリー化
は、現時点では全く不可能であると思われる。 この理
由は、半田合金を構成する主成分のＰｂに相当する有用
な金属が、溶融温度が３００℃〜４００℃の間には存在
しないからである。 溶融温度３２１℃のＣｄが存在す
るが、ＣｄはＰｂ以上の有害金属であるため、半田合金
として使用することは出来ない。上述のＳｎが１０重量
％、Ｐｂが９０重量％から成り、Ｐｂを多く含む半田合
金は、従来、プリント基板の実装においても相当量用い
られてきている。従来、フィラー金属として広く使用さ
れてきた合金は、黄銅ろう、銀ろう、リン銅ろう等であ
るが、主として８００°Ｆ(４２６℃)以上で用いられて
いる。アメリカ金属学会（ＡＳＭ）の規定によると、８
００°Ｆ(４２６℃)以上の接合をろう付け（ｂｒａｚｉ
ｎｇ）と称し、８００°Ｆ(４２６℃)以下の接合を半田
付け（Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）と定義している。そこで、
本発明は、比較的低温で半田付けを行うことができ、し
かも、液相拡散によって半田合金組織を消失し、被接合
部は半田付け温度以上の高温にも十分に耐えることが出
来るという特殊な用途に使用され、場合によっては、Ｐ
ｂフリー半田合金によっても耐高温用金属接合を行うこ
とができる耐高温用金属接合法を提供することを目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｓｎのみを、
半田合金フィラーとして被接合金属間に挿入し、前記被
接合金属の被接合部の温度を前記半田合金フィラーの溶
融温度である２３２℃以上に上昇させ、前記被接合部分
において、顕微鏡により観察される金属組織の前記半田
合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を行うことを特
徴とする耐高温用金属接合法である。さらに、本発明
は、前記Ｓｎに、前記Ｓｎと共晶を形成する１種類以上
の添加元素が０．００１〜 ８０ 重量％添加されたＳｎ
合金を、前記半田合金フィラーとして用いる上記耐高温
用金属接合法である。
半田合金フィラーとして被接合金属間に挿入し、前記被
接合金属の被接合部の温度を前記半田合金フィラーの溶
融温度である２３２℃以上に上昇させ、前記被接合部分
において、顕微鏡により観察される金属組織の前記半田
合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を行うことを特
徴とする耐高温用金属接合法である。さらに、本発明
は、前記Ｓｎに、前記Ｓｎと共晶を形成する１種類以上
の添加元素が０．００１〜 ８０ 重量％添加されたＳｎ
合金を、前記半田合金フィラーとして用いる上記耐高温
用金属接合法である。
【０００５】さらに、本発明は、前記添加元素として、
Ａｇ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌ
ａ，Ｌｉ，Ｍａ，Ｎａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎから１種類以上
選択される上記耐高温用金属接合法である。 ここで、
Ｐｂフリー化を目的とする場合には、Ｐｂを除外する。
さらに、本発明は、前記被接合部に１ｍｍ２当たり０．
００１〜３．０Ｋｇの圧力を加え、前記液相拡散を促進
する上記耐高温用金属接合法である。
Ａｇ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌ
ａ，Ｌｉ，Ｍａ，Ｎａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎから１種類以上
選択される上記耐高温用金属接合法である。 ここで、
Ｐｂフリー化を目的とする場合には、Ｐｂを除外する。
さらに、本発明は、前記被接合部に１ｍｍ２当たり０．
００１〜３．０Ｋｇの圧力を加え、前記液相拡散を促進
する上記耐高温用金属接合法である。
【０００６】さらに、本発明は、前記Ｓｎあるいは前記
Ｓｎ合金が粉末化され、フラックスが混練されたフィラ
ーペーストがプリント基板の前記被接合部である金属箔
パターン上に塗布され、電子部品の前記被接合部である
リードが前記金属箔パターン上に搭載され、押圧加熱装
置の下端部が前記リード上に載置され、前記リードを加
熱することにより前記フィラーペーストを溶融させて前
記リードを前記金属箔パターン上に固着させ、前記金属
箔パターンに塗布された前記フィラーペーストが溶融さ
れ、かつ、継続して加熱保持される過程において、前記
被接合部に１ｍｍ２当たり０．００１〜３．０Ｋｇの圧
力を加える上記耐高温用金属接合法である。さらに、本
発明は、前記リードが前記金属箔パターン上に当接され
る側に凸部を設け、前記被接合部に１ｍｍ２当たり０．
００１〜３．０Ｋｇの圧力を加えることによって、前記
液相拡散の促進化を可能にする直前上記の耐高温用金属
接合法である。さらに、本発明は、還元性ガス雰囲気
中、あるいは、不活性ガス雰囲気中で行う上記耐高温用
金属接合法である。
Ｓｎ合金が粉末化され、フラックスが混練されたフィラ
ーペーストがプリント基板の前記被接合部である金属箔
パターン上に塗布され、電子部品の前記被接合部である
リードが前記金属箔パターン上に搭載され、押圧加熱装
置の下端部が前記リード上に載置され、前記リードを加
熱することにより前記フィラーペーストを溶融させて前
記リードを前記金属箔パターン上に固着させ、前記金属
箔パターンに塗布された前記フィラーペーストが溶融さ
れ、かつ、継続して加熱保持される過程において、前記
被接合部に１ｍｍ２当たり０．００１〜３．０Ｋｇの圧
力を加える上記耐高温用金属接合法である。さらに、本
発明は、前記リードが前記金属箔パターン上に当接され
る側に凸部を設け、前記被接合部に１ｍｍ２当たり０．
００１〜３．０Ｋｇの圧力を加えることによって、前記
液相拡散の促進化を可能にする直前上記の耐高温用金属
接合法である。さらに、本発明は、還元性ガス雰囲気
中、あるいは、不活性ガス雰囲気中で行う上記耐高温用
金属接合法である。
【０００７】本発明によれば、接合時においてフィラー
は、加熱されることによって均一液相あるいは液相と固
相が混在する状態になり、当然、被接合面とフィラー間
において０液相拡散という促進現象を伴う。 元々、半
田付け接合部の接合強度が、それ程強くなく、かつ、再
度、溶融温度に到達したとき、両者が剥離してしまうの
は、そこにフィラー相が残留していることによる。図
１、図２に示されるように、２つの被接合金属の被接合
部１，２の間の半田合金フィラー３による間隙を間隙部
ｔとすると、接合部の強度は放物線状に低下するが、間
隙部ｔが広がって右側に至ると、接合強度は、ほぼ一定
となり、半田合金フィラー３自体と同一の強度を示すに
至る。 ここで、本発明は、フィラー相が消滅されるま
で、拡散を行わせることによって、間隙部ｔを、ほぼ消
滅させて、図１の縦軸付近における原子間接合を可能と
するものである。 このため、このときの接合強度は、
半田合金フィラー３自体の強度をはるかに超えることと
なる。 このような現実の接合作業においては、拡散時
間をいかに短縮するかが問題であり、半田合金フィラー
相の消滅進行度は、テスト後のテスト片の接断面を顕微
鏡で見ることによっても、可能であるが、接合部の電気
抵抗値の時間的変化を測定することによっても、進行状
況を連続的に観察でき、判定することが可能となる。
は、加熱されることによって均一液相あるいは液相と固
相が混在する状態になり、当然、被接合面とフィラー間
において０液相拡散という促進現象を伴う。 元々、半
田付け接合部の接合強度が、それ程強くなく、かつ、再
度、溶融温度に到達したとき、両者が剥離してしまうの
は、そこにフィラー相が残留していることによる。図
１、図２に示されるように、２つの被接合金属の被接合
部１，２の間の半田合金フィラー３による間隙を間隙部
ｔとすると、接合部の強度は放物線状に低下するが、間
隙部ｔが広がって右側に至ると、接合強度は、ほぼ一定
となり、半田合金フィラー３自体と同一の強度を示すに
至る。 ここで、本発明は、フィラー相が消滅されるま
で、拡散を行わせることによって、間隙部ｔを、ほぼ消
滅させて、図１の縦軸付近における原子間接合を可能と
するものである。 このため、このときの接合強度は、
半田合金フィラー３自体の強度をはるかに超えることと
なる。 このような現実の接合作業においては、拡散時
間をいかに短縮するかが問題であり、半田合金フィラー
相の消滅進行度は、テスト後のテスト片の接断面を顕微
鏡で見ることによっても、可能であるが、接合部の電気
抵抗値の時間的変化を測定することによっても、進行状
況を連続的に観察でき、判定することが可能となる。
【０００８】接合部における拡散を進行させるポイント
としては、以下の条件を挙げることが出来る。 （１）接合加熱温度において、フィラーの少なくとも一
部に液相が存在すること、（２）フィラーとして厚さは
出来るだけ薄くし、可及的にフィラー使用量を減量する
こと、（３）接合部における間隙間隔を小さくするた
め、接合部に外側から圧力を加えること、（４）拡散温
度は、被接合材の加熱可能温度範囲内で温度を高めるこ
と、（５）拡散温度は、コストの観点から可能な限り長
くすること、（６）拡散処理は、不活性ガス雰囲気中、
還元性ガス雰囲気中、あるいは、真空中が望ましい。
としては、以下の条件を挙げることが出来る。 （１）接合加熱温度において、フィラーの少なくとも一
部に液相が存在すること、（２）フィラーとして厚さは
出来るだけ薄くし、可及的にフィラー使用量を減量する
こと、（３）接合部における間隙間隔を小さくするた
め、接合部に外側から圧力を加えること、（４）拡散温
度は、被接合材の加熱可能温度範囲内で温度を高めるこ
と、（５）拡散温度は、コストの観点から可能な限り長
くすること、（６）拡散処理は、不活性ガス雰囲気中、
還元性ガス雰囲気中、あるいは、真空中が望ましい。
【０００９】拡散要因の１つであるフィラー組成として
は、Ｐｂフリーということを目的とした場合には、Ｐｂ
を含まないＳｎ金属ベースであることを前提とする。
しかも、拡散温度というと、その溶融温度を低下させる
ということから、適当な共晶組織組成の金属を選択する
ことが賢明である。 このときのＳｎとの共晶合金につ
いては、これらの添加元素を組み合わせることによっ
て、３元、４元…という多元系共晶合金を作成すること
が出来、さらに、溶融点を下げることも可能となる。
このときのＳｎベースの共晶合金を形成することが出来
る元素としては、状態図集から見て、Ａｇ，Ａｕ，Ｂ
ｉ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍ
ｇ，Ｎａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎ等が挙げられる。上記の組成
によりフィラー組成が決定した場合には、半田合金中の
液相、あるいは、液相と固相とが共存できる温度範囲を
拡散温度とする。 元々、同一組成において拡散は、外
部条件が一定の場合には、時間と温度の関数であるの
で、所要の拡散時間が決まってくる。
は、Ｐｂフリーということを目的とした場合には、Ｐｂ
を含まないＳｎ金属ベースであることを前提とする。
しかも、拡散温度というと、その溶融温度を低下させる
ということから、適当な共晶組織組成の金属を選択する
ことが賢明である。 このときのＳｎとの共晶合金につ
いては、これらの添加元素を組み合わせることによっ
て、３元、４元…という多元系共晶合金を作成すること
が出来、さらに、溶融点を下げることも可能となる。
このときのＳｎベースの共晶合金を形成することが出来
る元素としては、状態図集から見て、Ａｇ，Ａｕ，Ｂ
ｉ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍ
ｇ，Ｎａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎ等が挙げられる。上記の組成
によりフィラー組成が決定した場合には、半田合金中の
液相、あるいは、液相と固相とが共存できる温度範囲を
拡散温度とする。 元々、同一組成において拡散は、外
部条件が一定の場合には、時間と温度の関数であるの
で、所要の拡散時間が決まってくる。
【００１０】拡散に当たっては、被接合金属間に空隙の
存在しないことが重要であり、このために、押圧は拡散
にとっても重要条件である。 例えば、図２に示される
押圧加熱装置により押圧することも可能であるが、ＱＦ
Ｐ実装法等の場合には、ＬＳＩ等の素子自重自体も押圧
効果を及ぼす。加熱雰囲気としては、使用フィラー金属
の酸化傾向を考慮して、不活性雰囲気中で拡散すること
が好適である。 例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｌｉ系のＳｎベ
ース３元共晶合金をフィラーとして使用する場合等がこ
れに該当する。次に、被接合物の拡散面の処理として
は、予め酸化物を除去しておくことが望ましいが、被接
合金属の材質を考慮することによって、例えば、Ｓｎを
ベースとしたフィラー組成としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｂ
ｉ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｌ
ｉ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎ等から１種類以上を選
択添加する。次に、拡散促進剤としては、無機質のもの
として塩化亜鉛、有機質のものとしてロジン系のもの
を、予め、被接合金属に薄く塗布しておくことも効果的
であり、拡散時間の短縮を補助的に可能にする。 ま
た、フィラー合金自体に予めこのような促進剤をコート
しておくことも効果がある。
存在しないことが重要であり、このために、押圧は拡散
にとっても重要条件である。 例えば、図２に示される
押圧加熱装置により押圧することも可能であるが、ＱＦ
Ｐ実装法等の場合には、ＬＳＩ等の素子自重自体も押圧
効果を及ぼす。加熱雰囲気としては、使用フィラー金属
の酸化傾向を考慮して、不活性雰囲気中で拡散すること
が好適である。 例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｌｉ系のＳｎベ
ース３元共晶合金をフィラーとして使用する場合等がこ
れに該当する。次に、被接合物の拡散面の処理として
は、予め酸化物を除去しておくことが望ましいが、被接
合金属の材質を考慮することによって、例えば、Ｓｎを
ベースとしたフィラー組成としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｂ
ｉ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｌ
ｉ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎ等から１種類以上を選
択添加する。次に、拡散促進剤としては、無機質のもの
として塩化亜鉛、有機質のものとしてロジン系のもの
を、予め、被接合金属に薄く塗布しておくことも効果的
であり、拡散時間の短縮を補助的に可能にする。 ま
た、フィラー合金自体に予めこのような促進剤をコート
しておくことも効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照し
て、その実施の形態に基づいて説明する。
て、その実施の形態に基づいて説明する。
【実施例１】Ｉｎが５０重量％で、Ｓｎが５０重量％か
ら成り、厚さ０．０５ｍｍの薄片の表裏にフラックスと
して塩化亜鉛溶液をコートした半田合金フィラーを、銅
板の間に挿入し、被接合金属の接合部に１ｍｍ２当たり
０．００１Ｋｇの荷重が被接合金属の接合部に加わるよ
うに加圧して、１３５℃で５０分間加熱し、顕微鏡によ
り観察される金属組織の半田合金フィラー相が消滅する
まで液相拡散を行った。 この加熱はＮ２雰囲気中で行
った。 この結果、接合銅板の剥離テストを行った結
果、１５ｋｇｆ／ｍｍ２の剥離強度が得られた。切断面
顕微鏡組織には、Ｉｎ−Ｓｎ合金層の存在は見られなか
った。また、上記のテストピースを用いて３００℃、２
５０ｇの荷重下で剥離テストを行った結果、剥離を起こ
すことはなかった。 このことは、顕微鏡により見るこ
とができる接合部の組織の内に、Ｉｎ−Ｓｎ合金層が残
留していないことに起因すると思われる。
ら成り、厚さ０．０５ｍｍの薄片の表裏にフラックスと
して塩化亜鉛溶液をコートした半田合金フィラーを、銅
板の間に挿入し、被接合金属の接合部に１ｍｍ２当たり
０．００１Ｋｇの荷重が被接合金属の接合部に加わるよ
うに加圧して、１３５℃で５０分間加熱し、顕微鏡によ
り観察される金属組織の半田合金フィラー相が消滅する
まで液相拡散を行った。 この加熱はＮ２雰囲気中で行
った。 この結果、接合銅板の剥離テストを行った結
果、１５ｋｇｆ／ｍｍ２の剥離強度が得られた。切断面
顕微鏡組織には、Ｉｎ−Ｓｎ合金層の存在は見られなか
った。また、上記のテストピースを用いて３００℃、２
５０ｇの荷重下で剥離テストを行った結果、剥離を起こ
すことはなかった。 このことは、顕微鏡により見るこ
とができる接合部の組織の内に、Ｉｎ−Ｓｎ合金層が残
留していないことに起因すると思われる。
【００１２】
【実施例２】Ｉｎが３０重量％、残部がＳｎから成り、
厚さが０．０７ｍｍの半田合金箔を半田合金フィラーと
して用い、被接合金属の接合部に１ｍｍ２当たり１．５
Ｋｇの荷重が被接合金属の接合部に加わるように荷重を
置き押圧加圧して、半田付け温度を１５０℃として、６
０分間その温度を保持して顕微鏡により観察される金属
組織の半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を行
い試験片を作成した。この試験片について、３００℃で
剥離テストを行った結果、剥離を起こすことはなかっ
た。 このことは、Ｉｎ−Ｓｎ合金層が残留していない
ことに起因すると思われる。
厚さが０．０７ｍｍの半田合金箔を半田合金フィラーと
して用い、被接合金属の接合部に１ｍｍ２当たり１．５
Ｋｇの荷重が被接合金属の接合部に加わるように荷重を
置き押圧加圧して、半田付け温度を１５０℃として、６
０分間その温度を保持して顕微鏡により観察される金属
組織の半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を行
い試験片を作成した。この試験片について、３００℃で
剥離テストを行った結果、剥離を起こすことはなかっ
た。 このことは、Ｉｎ−Ｓｎ合金層が残留していない
ことに起因すると思われる。
【実施例３】厚さが０．０１ｍｍのＳｎのみから成る箔
の半田合金フィラーを用い、被接合金属の接合部に１ｍ
ｍ２当たり１．５Ｋｇの荷重が被接合金属Ｃｕの接合部
に加わるように加圧して、半田付け温度を２５０℃とし
て、５０分間その温度を保持して、顕微鏡により観察さ
れる金属組織の半田合金フィラー相が消滅するまで液相
拡散を行い作成した試験片について、 ３００℃で剥離
テストを行った結果、剥離を起こすことはなかった。
このことは、金属Ｓｎ層が残留していないことに起因す
ると思われる。
の半田合金フィラーを用い、被接合金属の接合部に１ｍ
ｍ２当たり１．５Ｋｇの荷重が被接合金属Ｃｕの接合部
に加わるように加圧して、半田付け温度を２５０℃とし
て、５０分間その温度を保持して、顕微鏡により観察さ
れる金属組織の半田合金フィラー相が消滅するまで液相
拡散を行い作成した試験片について、 ３００℃で剥離
テストを行った結果、剥離を起こすことはなかった。
このことは、金属Ｓｎ層が残留していないことに起因す
ると思われる。
【００１３】
【実施例４】Ｓｎが９５．２重量％、Ａｇが２．５重量
％、Ｂｉが２．０重量％、Ｃｕが０．３重量％の化学組
成から成る厚さが０．０３ｍｍの箔を半田合金フィラー
として用い、Ｃｕメッキを施してあるＢｉ／Ｔｅ熱電素
子を、プリント基板のＣｕから成る金属箔パターン上に
２２０℃の温度で半田付けを行った。拡散時間６０分間
保持し、顕微鏡により観察される金属組織の半田合金フ
ィラー相が消滅するまで液相拡散を行った後、空冷し
た。この試験片について、３００℃で剥離テストを行っ
た結果、剥離を起こすことはなかった。 また、接合部
に半田合金フィラー相は残存していなかった。
％、Ｂｉが２．０重量％、Ｃｕが０．３重量％の化学組
成から成る厚さが０．０３ｍｍの箔を半田合金フィラー
として用い、Ｃｕメッキを施してあるＢｉ／Ｔｅ熱電素
子を、プリント基板のＣｕから成る金属箔パターン上に
２２０℃の温度で半田付けを行った。拡散時間６０分間
保持し、顕微鏡により観察される金属組織の半田合金フ
ィラー相が消滅するまで液相拡散を行った後、空冷し
た。この試験片について、３００℃で剥離テストを行っ
た結果、剥離を起こすことはなかった。 また、接合部
に半田合金フィラー相は残存していなかった。
【実施例５】Ｎａを２．５重量％、Ｃｅを０．１０重量
％、残部がＳｎから成る半田合金フィラーを、厚さ０．
１０ｍｍにし、Ｃｕ板とＣｕ板との間に挿入して、２３
５℃で加熱拡散し、顕微鏡により観察される金属組織の
半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を行い、加
熱保持時間３０分間で接合を終了した。 この作業は、
窒素ガス雰囲気中で行った。 この試験片について、 ３
００℃で剥離テストを行った結果、剥離を起こすことは
なかった。
％、残部がＳｎから成る半田合金フィラーを、厚さ０．
１０ｍｍにし、Ｃｕ板とＣｕ板との間に挿入して、２３
５℃で加熱拡散し、顕微鏡により観察される金属組織の
半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を行い、加
熱保持時間３０分間で接合を終了した。 この作業は、
窒素ガス雰囲気中で行った。 この試験片について、 ３
００℃で剥離テストを行った結果、剥離を起こすことは
なかった。
【００１４】
【実施例６】Ｇｅを１．５重量％、Ｚｎを５重量％、残
部Ｓｎから成る半田合金フィラーを用い、Ｃｕ板に２３
０℃で半田付けし、この温度で６０分間保持して、顕微
鏡により観察される金属組織の半田合金フィラー相が消
滅するまで液相拡散を行った。 この試験片について、
３００℃で剥離テストを行った結果、剥離を起こすこと
はなかった。 Ｚｎの添加によって拡散を促進すること
が出来たことによると思われる。
部Ｓｎから成る半田合金フィラーを用い、Ｃｕ板に２３
０℃で半田付けし、この温度で６０分間保持して、顕微
鏡により観察される金属組織の半田合金フィラー相が消
滅するまで液相拡散を行った。 この試験片について、
３００℃で剥離テストを行った結果、剥離を起こすこと
はなかった。 Ｚｎの添加によって拡散を促進すること
が出来たことによると思われる。
【実施例７】Ｍｇを１．３重量％、Ｐを０．００３重量
％、Ｃａを０．０１重量％、残部がＳｎから成る半田合
金フィラーを、厚さ０．１０ｍｍにし、Ｃｕ板とＣｕ板
との間に挿入して、水素雰囲気中で、２１８℃で加熱拡
散し、顕微鏡により観察される金属組織の半田合金フィ
ラー相が消滅するまで液相拡散を行い、４０分間加熱保
持した。 半田合金フィラー中にＭｇのような酸化され
やすい金属を含む場合には、特に、還元性雰囲気中で行
うことが好適である。この試験片について、 ３００℃
で剥離テストを行った結果、剥離を起こすことはなかっ
た。
％、Ｃａを０．０１重量％、残部がＳｎから成る半田合
金フィラーを、厚さ０．１０ｍｍにし、Ｃｕ板とＣｕ板
との間に挿入して、水素雰囲気中で、２１８℃で加熱拡
散し、顕微鏡により観察される金属組織の半田合金フィ
ラー相が消滅するまで液相拡散を行い、４０分間加熱保
持した。 半田合金フィラー中にＭｇのような酸化され
やすい金属を含む場合には、特に、還元性雰囲気中で行
うことが好適である。この試験片について、 ３００℃
で剥離テストを行った結果、剥離を起こすことはなかっ
た。
【００１５】
【実施例８】Ｐｂを３重量％、Ｐを０．００１重量％、
Ｌｉを０．０２重量％、Ｌａを０．０２重量％、残部が
Ｓｎから成る半田合金フィラーを、厚さ０．５０ｍｍに
し、Ｃｕ板とＣｕ板との間に挿入して、アルゴン雰囲気
中で、２１０℃で加熱拡散し、顕微鏡により観察される
金属組織の半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散
を行い、４５分間加熱保持した。 この試験片につい
て、 ３００℃で剥離テストを行った結果、剥離を起こ
すことはなかった。
Ｌｉを０．０２重量％、Ｌａを０．０２重量％、残部が
Ｓｎから成る半田合金フィラーを、厚さ０．５０ｍｍに
し、Ｃｕ板とＣｕ板との間に挿入して、アルゴン雰囲気
中で、２１０℃で加熱拡散し、顕微鏡により観察される
金属組織の半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散
を行い、４５分間加熱保持した。 この試験片につい
て、 ３００℃で剥離テストを行った結果、剥離を起こ
すことはなかった。
【実施例９】Ａｕを１．５重量％、残部がＳｎから成る
半田合金フィラーを、厚さ０．０１ｍｍにし、Ｃｕ板と
Ｃｕ板との間に挿入して、アルゴン雰囲気中で、Ａｕと
Ｓｎとの共晶温度２１７℃より１５℃高い２３２℃で加
熱拡散し、顕微鏡により観察される金属組織の半田合金
フィラー相が消滅するまで液相拡散を行い、５０分間加
熱保持した。 この試験片について、 ３００℃で剥離
テストを行った結果、剥離を起こすことはなかった。
半田合金フィラーを、厚さ０．０１ｍｍにし、Ｃｕ板と
Ｃｕ板との間に挿入して、アルゴン雰囲気中で、Ａｕと
Ｓｎとの共晶温度２１７℃より１５℃高い２３２℃で加
熱拡散し、顕微鏡により観察される金属組織の半田合金
フィラー相が消滅するまで液相拡散を行い、５０分間加
熱保持した。 この試験片について、 ３００℃で剥離
テストを行った結果、剥離を起こすことはなかった。
【００１６】以下、上記本発明の方法に用いられ、被接
合金属の前記接合部に１ｍｍ２当たり０．００１〜３．
０Ｋｇの圧力を加える本発明の耐高温用金属接合法につ
いて図３を参照して説明する。ＳｎあるいはＳｎ合金が
粉末化され、フラックスが混練されたフィラーペースト
１０がプリント基板４の被接合部である金属箔パターン
５上に塗布される。次に、電子部品６の前記被接合部で
あるリード７が金属箔パターン５上に搭載され、押圧加
熱装置８の下端部９がリード７上に載置される。 下端
部９は電熱線１１により加熱される。次に、リード７を
電熱線１１により加熱することによりフィラーペースト
１０が溶融され、リード７を金属箔パターン５上に固着
させる。さらに、金属箔パターン５に塗布されたフィラ
ーペースト１０が溶融、かつ、加熱保持される過程にお
いて、被接合部に押圧加熱装置８の下端部９により１ｍ
ｍ２当たり０．００１〜３．０Ｋｇの圧力が加えられ
る。さらに、図４に示されるように、リード７が金属箔
パターン５上に当接される側に凸部７ａを設けることに
より、被接合部に１ｍｍ２当たり０．００１〜３．０Ｋ
ｇの圧力を加えるが、この時、接合部における加圧効果
によって、液相拡散が促進される場合もある。
合金属の前記接合部に１ｍｍ２当たり０．００１〜３．
０Ｋｇの圧力を加える本発明の耐高温用金属接合法につ
いて図３を参照して説明する。ＳｎあるいはＳｎ合金が
粉末化され、フラックスが混練されたフィラーペースト
１０がプリント基板４の被接合部である金属箔パターン
５上に塗布される。次に、電子部品６の前記被接合部で
あるリード７が金属箔パターン５上に搭載され、押圧加
熱装置８の下端部９がリード７上に載置される。 下端
部９は電熱線１１により加熱される。次に、リード７を
電熱線１１により加熱することによりフィラーペースト
１０が溶融され、リード７を金属箔パターン５上に固着
させる。さらに、金属箔パターン５に塗布されたフィラ
ーペースト１０が溶融、かつ、加熱保持される過程にお
いて、被接合部に押圧加熱装置８の下端部９により１ｍ
ｍ２当たり０．００１〜３．０Ｋｇの圧力が加えられ
る。さらに、図４に示されるように、リード７が金属箔
パターン５上に当接される側に凸部７ａを設けることに
より、被接合部に１ｍｍ２当たり０．００１〜３．０Ｋ
ｇの圧力を加えるが、この時、接合部における加圧効果
によって、液相拡散が促進される場合もある。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、比較的
低温で半田付けを行うことができ、しかも、液相拡散に
よって半田合金組織を消失し、被接合部は半田付け温度
以上の高温にも十分に耐えることが出来るという特殊な
用途に使用され、場合によっては、Ｐｂフリー半田合金
によっても耐高温用金属接合を行うことができるという
効果を奏する。
低温で半田付けを行うことができ、しかも、液相拡散に
よって半田合金組織を消失し、被接合部は半田付け温度
以上の高温にも十分に耐えることが出来るという特殊な
用途に使用され、場合によっては、Ｐｂフリー半田合金
によっても耐高温用金属接合を行うことができるという
効果を奏する。
【図１】本発明の耐高温用金属接合法における被接合金
属の接合間隔と接合強度の関係説明図である。
属の接合間隔と接合強度の関係説明図である。
【図２】本発明の耐高温用金属接合法における被接合金
属の接合間隔と接合強度の関係説明図である。
属の接合間隔と接合強度の関係説明図である。
【図３】本発明の耐高温用金属接合法に用いられる押圧
効果を高めるための押圧加熱装置の構成図である。
効果を高めるための押圧加熱装置の構成図である。
【図４】本発明の耐高温用金属接合法に用いられる押圧
効果を集中的に高めるための押圧加熱装置の部分構成図
である。
効果を集中的に高めるための押圧加熱装置の部分構成図
である。
１，２ 被接合部 ３ 半田合金フィラー ４ プリント基板 ５ 金属箔パターン ６ 電子部品 ７ リード ７ａ 凸部 ８ 押圧加熱装置 ９ 下端部 １０ フィラーペースト １１ 電熱線
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７Ｎ ５１２ ５１２Ｃ // Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｆターム(参考） 4E067 AA14 AB06 BA05 DB03 DB04 DC02 EA04 EC03 5E319 AA03 AC01 BB01 BB05 CC33
Claims (7)
- 【請求項１】 Ｓｎのみを、半田合金フィラーとして被
接合金属間に挿入し、前記被接合金属の被接合部の温度
を前記半田合金フィラーの溶融温度以上に上昇させ、前
記被接合部分において、顕微鏡により観察される金属組
織の前記半田合金フィラー相が消滅するまで液相拡散を
行うことを特徴とする耐高温用金属接合法。 - 【請求項２】前記Ｓｎに、前記Ｓｎと共晶を形成する１
種類以上の添加元素が０．００１〜８０重量％添加され
たＳｎ合金を、前記半田合金フィラーとして用いる請求
項１記載の耐高温用金属接合法 - 【請求項３】前記添加元素として、Ａｇ，Ａｕ，Ｂｉ，
Ｃａ，Ｃｅ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎ
ａ，Ｐ，Ｐｂ，Ｚｎから１種類以上が選択される請求項
２記載の耐高温用金属接合法。 - 【請求項４】前記被接合部に１ｍｍ２当たり０．００１
〜３．０Ｋｇの圧力を加え、前記液相拡散を促進する請
求項１から３のいずれかに記載の耐高温用金属接合法。 - 【請求項５】前記Ｓｎあるいは前記Ｓｎ合金が粉末化さ
れ、粉末化された前記Ｓｎあるいは前記Ｓｎ合金に、フ
ラックスが混練されたフィラーペーストがプリント基板
の前記被接合部である金属箔パターン上に塗布され、電
子部品の前記被接合部であるリードが前記金属箔パター
ン上に搭載され、押圧加熱装置の下端部が前記リード上
に載置され、前記リードを加熱することにより前記フィ
ラーペーストを溶融させて前記リードを前記金属箔パタ
ーン上に固着させ、前記金属箔パターンに塗布された前
記フィラーペーストが溶融され、かつ、継続して加熱保
持される過程において、前記被接合部に１ｍｍ２当たり
０．００１〜３．０Ｋｇの圧力を加える請求項１から４
のいずれかに記載の耐高温用金属接合法。 - 【請求項６】 前記リードが前記金属箔パターン上に当
接される側に凸部を設け、前記被接合部に１ｍｍ２当た
り０．００１〜３．０Ｋｇの圧力を加えることによっ
て、前記液相拡散の促進化を可能にする請求項５記載の
耐高温用金属接合法。 - 【請求項７】 還元性ガス雰囲気中、あるいは、不活性
ガス雰囲気中で行う請求項１から６のいずれかに記載の
耐高温用金属接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227153A JP2000052027A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 耐高温用金属接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227153A JP2000052027A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 耐高温用金属接合法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052027A true JP2000052027A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16856335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10227153A Pending JP2000052027A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 耐高温用金属接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052027A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246658A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Toyo Kohan Co Ltd | Ｚｎ−Ｓｂ系熱電材料の接合方法および接合体 |
| US6872465B2 (en) | 2002-03-08 | 2005-03-29 | Hitachi, Ltd. | Solder |
| US7075183B2 (en) | 2000-06-12 | 2006-07-11 | Hitachi, Ltd. | Electronic device |
| WO2013083295A1 (de) * | 2012-02-01 | 2013-06-13 | Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg | Lötverfahren und entsprechende löteinrichtung |
-
1998
- 1998-08-11 JP JP10227153A patent/JP2000052027A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7075183B2 (en) | 2000-06-12 | 2006-07-11 | Hitachi, Ltd. | Electronic device |
| US7259465B2 (en) | 2000-06-12 | 2007-08-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device with lead-free solder |
| JP2002246658A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Toyo Kohan Co Ltd | Ｚｎ−Ｓｂ系熱電材料の接合方法および接合体 |
| US6872465B2 (en) | 2002-03-08 | 2005-03-29 | Hitachi, Ltd. | Solder |
| WO2013083295A1 (de) * | 2012-02-01 | 2013-06-13 | Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg | Lötverfahren und entsprechende löteinrichtung |
| CN104160793A (zh) * | 2012-02-01 | 2014-11-19 | 伊莎贝尔努特·霍伊斯勒两合公司 | 焊接方法及对应的焊接装置 |
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