[发明专利]活性金属焊料

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷等的接合中使用的活性金属焊料。

背景技术

作为陶瓷之间、陶瓷和金属的接合中使用的活性金属焊料，以往已知在Ag-Cu合金中添加活性金属成分Ti而得的Ag-Cu-Ti合金。该活性金属焊料大多将原料在真空熔化炉中熔化、铸造，通过轧制加工等制成薄的板状，通过冲压加工冲裁成所要的形状来使用。

作为该活性金属焊料的问题，可例举其加工性，在上述制造、加工工序中，材料容易发生开裂、断线、断裂。其原因在于，Ag-Cu-Ti合金中，在铸造凝固时在Ag-Cu合金基体中析出50～100μm大小的由Cu和Ti形成的金属间化合物。该金属间化合物非常坚硬牢固，因此在后续的塑性加工时不会被切断，从析出阶段开始大致维持着其大小。因此，如果实施加工直至接近于其化合物粒径的尺寸的形状，则发生开裂等。而且，例如加工成板形状的情况下，其厚度的极限为100μm，无法加工至其以下的厚度。关于这一点，随着近年来的电子、电气器件的小型化的发展，对于所使用的活性金属焊料也要求薄型、微细，迄今为止的Ag-Cu-Ti合金活性金属焊料无法应对该市场需求。

这里并不是说没有使Ag-Cu-Ti合金的Ag-Cu合金基体中析出的由Cu和Ti形成的金属间化合物的粒径减小的方法。例如，专利文献1中，已知在熔化时将Ag-Cu-Ti合金维持在Cu和Ti的化合物的熔点以上的温度，在铸造时骤冷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7-16789号公报

然而，上述方法中，因为活性成分Ti容易氧化，所以熔化必须在高真空中进行，要在熔化炉真空室内附加用于骤冷的装置，设备会变得非常的繁琐，而且维护性也差，价格昂贵。

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明是以以上事实为背景而完成的发明，其改善Ag-Cu-Ti合金活性金属焊料的加工性，提供能加工至可应对市场需求的尺寸的活性金属焊料。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述课题，本发明人在Ag-Cu-Ti合金活性金属焊料中添加第四金属元素Sn，在不进行骤冷凝固的情况下控制Ag合金基体中析出的化合物的粒径。然后，对于该Ag-Cu-Ti-Sn合金活性金属焊料的组成和制造条件反复进行了各种实验、研究，从而发现了如下所述的Ag-Cu-Ti-Sn合金活性金属焊料。

即，本发明是一种活性金属焊料，其由20～40重量％的Cu、1.0～3.0重量％的Ti、1.2～6.0重量％的Sn、其余部分为Ag的Ag-Cu-Ti-Sn合金构成，具有在Ag-Cu合金基质中分散有Sn-Ti金属间化合物或Cu-Ti金属间化合物的金属组织，其特征是Ti和Sn的重量比Sn/Ti为1.2以上，而且所述金属间化合物的粒径为20μm以下。

本发明的活性金属焊料添加Sn作为第四金属元素，这是基于如下理由：通过Sn与Ti、Cu结合而生成的金属间化合物具有比Cu-Ti金属间化合物更优先地生成的倾向。藉此，Cu-Ti金属间化合物的生成得到抑制，虽然并不是完全不生成Cu-Ti金属间化合物，但很难生成粗大的Cu-Ti金属间化合物。

此外，通过添加Sn而生成的金属间化合物是由Sn-Ti或Sn-Ti-Cu形成的(前者的存在比例更大)，该金属间化合物比较微细(100μm以下左右)。另外，这些金属间化合物(Sn-Ti、Sn-Ti-Cu)不仅微细，而且可以通过加工进一步微细化，通过将其粒径微细化至20μm以下，可使加工性良好。本发明中的金属间化合物的粒径(20μm以下)的含义是指金属间化合物的最大粒径。金属间化合物的形状不仅可以是球形，也可见长条的无定形的金属间化合物，此时将长轴方向的长度作为粒径。此外，粒径的下限值较好为0.1μm。

如上所述，本发明的活性金属焊料通过Sn的添加来使Sn-Ti或Sn-Ti-Cu优先析出，抑制粗大的Cu-Ti的产生，并且使Sn-Ti或Sn-Ti-Cu的金属间化合物微细化，从而改善加工性。这里，Ag-Cu-Ti-Sn合金的组成范围如上所述，为20～40重量％的Cu、1.0～3.0重量％的Ti、1.2～6.0重量％的Sn，其余部分为Ag。将第四金属元素Sn的添加量设为1.2～6.0重量％。其原因在于，Sn的量少于1.2重量％的情况下，Cu-Ti金属间化合物的生长抑制效果不充分，可能会生成粗大的Cu-Ti金属间化合物。此外，如果多于6.0重量％，则有金属间化合物的量增多、加工性变差的倾向。