活性金屬焊料的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種活性金屬焊料，其由20～40重量％的Cu、1.0～3.0重量％的Ti、1.2～6.0重量％的Sn、其余部分為Ag的Ag-Cu-Ti-Sn合金構(gòu)成，具有在Ag-Cu合金基質(zhì)中分散有Sn-Ti金屬間化合物或Cu-Ti金屬間化合物的金屬組織，其特征是，Ti和Sn的重量比Sn/Ti為1.2以上，而且所述金屬間化合物的粒徑為20μm以下。本發(fā)明的活性金屬焊料改善了以往已知的Ag-Cu-Ti合金活性金屬焊料的加工性，能以高加工率進(jìn)行微小尺寸的加工。本發(fā)明可通過(guò)在將上述組成的Ag-Cu-Ti-Sn合金熔化鑄造后實(shí)施加工率90％以上的塑性加工，使金屬間化合物微細(xì)化來(lái)制造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】活性金屬焊料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷等的接合中使用的活性金屬焊料。
【背景技術(shù)】
[0002]作為陶瓷之間、陶瓷和金屬的接合中使用的活性金屬焊料，以往已知在Ag-Cu合金中添加活性金屬成分Ti而得的Ag-Cu-Ti合金。該活性金屬焊料大多將原料在真空熔化爐中熔化、鑄造，通過(guò)軋制加工等制成薄的板狀，通過(guò)沖壓加工沖裁成所要的形狀來(lái)使用。
[0003]作為該活性金屬焊料的問(wèn)題，可例舉其加工性，在上述制造、加工工序中，材料容易發(fā)生開(kāi)裂、斷線、斷裂。其原因在于，Ag-Cu-Ti合金中，在鑄造凝固時(shí)在Ag-Cu合金基體中析出50?100 μ m大小的由Cu和Ti形成的金屬間化合物。該金屬間化合物非常堅(jiān)硬牢固，因此在后續(xù)的塑性加工時(shí)不會(huì)被切斷，從析出階段開(kāi)始大致維持著其大小。因此，如果實(shí)施加工直至接近于其化合物粒徑的尺寸的形狀，則發(fā)生開(kāi)裂等。而且，例如加工成板形狀的情況下，其厚度的極限為ΙΟΟμπι，無(wú)法加工至其以下的厚度。關(guān)于這一點(diǎn)，隨著近年來(lái)的電子、電氣器件的小型化的發(fā)展，對(duì)于所使用的活性金屬焊料也要求薄型、微細(xì)，迄今為止的Ag-Cu-Ti合金活性金屬焊料無(wú)法應(yīng)對(duì)該市場(chǎng)需求。
[0004]這里并不是說(shuō)沒(méi)有使Ag-Cu-Ti合金的Ag-Cu合金基體中析出的由Cu和Ti形成的金屬間化合物的粒徑減小的方法。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，已知在熔化時(shí)將Ag-Cu-Ti合金維持在Cu和Ti的化合物的熔點(diǎn)以上的溫度，在鑄造時(shí)驟冷。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)平7-16789號(hào)公報(bào)
[0008]然而，上述方法中，因?yàn)榛钚猿煞諸i容易氧化，所以熔化必須在高真空中進(jìn)行，要在熔化爐真空室內(nèi)附加用于驟冷的裝置，設(shè)備會(huì)變得非常的繁瑣，而且維護(hù)性也差，價(jià)格昂
蟲(chóng)
貝ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010]本發(fā)明是以以上事實(shí)為背景而完成的發(fā)明，其改善Ag-Cu-Ti合金活性金屬焊料的加工性，提供能加工至可應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的尺寸的活性金屬焊料。
[0011 ] 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0012]為了解決上述課題，本發(fā)明人在Ag-Cu-Ti合金活性金屬焊料中添加第四金屬元素Sn，在不進(jìn)行驟冷凝固的情況下控制Ag合金基體中析出的化合物的粒徑。然后，對(duì)于該Ag-Cu-T1-Sn合金活性金屬焊料的組成和制造條件反復(fù)進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)、研究，從而發(fā)現(xiàn)了如下所述的Ag-Cu-T1-Sn合金活性金屬焊料。
[0013]即，本發(fā)明是一種活性金屬焊料，其由20?40重量％的Cu、1.0?3.0重量％的T1、1.2?6.0重量％的Sn、其余部分為Ag的Ag-Cu-T1-Sn合金構(gòu)成，具有在Ag-Cu合金基質(zhì)中分散有Sn-Ti金屬間化合物或Cu-Ti金屬間化合物的金屬組織，其特征是Ti和Sn的重量比Sn/Ti為1.2以上，而且所述金屬間化合物的粒徑為20 μ m以下。
[0014]本發(fā)明的活性金屬焊料添加Sn作為第四金屬元素，這是基于如下理由:通過(guò)Sn與T1、Cu結(jié)合而生成的金屬間化合物具有比Cu-Ti金屬間化合物更優(yōu)先地生成的傾向。藉此，Cu-Ti金屬間化合物的生成得到抑制，雖然并不是完全不生成Cu-Ti金屬間化合物，但很難生成粗大的Cu-Ti金屬間化合物。
[0015]此外，通過(guò)添加Sn而生成的金屬間化合物是由Sn-Ti或Sn-T1-Cu形成的(前者的存在比例更大)，該金屬間化合物比較微細(xì)(ΙΟΟμπι以下左右)。另外，這些金屬間化合物(Sn-T1、Sn-T1-Cu)不僅微細(xì)，而且可以通過(guò)加工進(jìn)一步微細(xì)化，通過(guò)將其粒徑微細(xì)化至20μπι以下，可使加工性良好。本發(fā)明中的金屬間化合物的粒徑(20μπι以下)的含義是指金屬間化合物的最大粒徑。金屬間化合物的形狀不僅可以是球形，也可見(jiàn)長(zhǎng)條的無(wú)定形的金屬間化合物，此時(shí)將長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度作為粒徑。此外，粒徑的下限值較好為0.1 μ m。
[0016]如上所述,本發(fā)明的活性金屬焊料通過(guò)Sn的添加來(lái)使Sn-Ti或Sn-T1-Cu優(yōu)先析出，抑制粗大的Cu-Ti的產(chǎn)生，并且使Sn-Ti或Sn-T1-Cu的金屬間化合物微細(xì)化，從而改善加工性。這里，Ag-Cu-T1-Sn合金的組成范圍如上所述，為20?40重量％的Cu、1.0?
3.0重量％的T1、1.2?6.0重量％的Sn，其余部分為Ag。將第四金屬元素Sn的添加量設(shè)為1.2?6.0重量％。其原因在于，Sn的量少于1.2重量％的情況下，Cu-Ti金屬間化合物的生長(zhǎng)抑制效果不充分，可能會(huì)生成粗大的Cu-Ti金屬間化合物。此外，如果多于6.0重量％，則有金屬間化合物的量增多、加工性變差的傾向。
[0017]此外，本發(fā)明中，在上述組成中，還必須使Ti和Sn的重量比Sn/Ti為1.2以上。其原因在于，該重量比Sn/Ti小于1.2的情況下，容易析出粗大的Cu-Ti金屬間化合物，使加工性明顯變差。此外，Ti和Sn的重量比Sn/Ti較好為5.0以下，大于5.0的情況下，會(huì)招致加工性的劣化。
[0018]由以上說(shuō)明的組成的Ag-Cu-T1-Sn合金構(gòu)成的焊料的制造以常規(guī)的熔化鑄造為基礎(chǔ)，自熔化鑄造階段起，粗大的金屬間化合物的析出得到抑制。該金屬間化合物以由Sn-Ti形成的金屬間化合物為主,至少包含該金屬間化合物,但也部分可見(jiàn)由Sn-T1-Cu形成的金屬間化合物。此外,有時(shí)也會(huì)部分形成Cu-Ti金屬間化合物，但不會(huì)析出使加工性劣化的程度的粗大的化合物。
[0019]這里，該熔化鑄造剛結(jié)束后的金屬間化合物的粒徑雖然比較微細(xì)，但為了使加工性達(dá)到最佳，多少有一定的大小(100?50μπι左右)。于是，本發(fā)明中，通過(guò)將上述組成的Ag-Cu-T1-Sn合金熔化鑄造、對(duì)其實(shí)施加工率90%以上的塑性加工，從而將分散在Ag合金基體中的金屬間化合物切斷，使其粒徑達(dá)到20μπι以下。本發(fā)明中析出的金屬間化合物主要是Sn-T1、Sn-T1-Cu，它們與Cu-Ti金屬間化合物不同，非常地脆，因此可通過(guò)熔化鑄造后的軋制等塑性加工在基體中切斷。
[0020]發(fā)明的效果
[0021]以上說(shuō)明的本發(fā)明的Ag-Cu-T1-Sn合金活性金屬焊料通過(guò)分散在Ag合金基體中的金屬間化合物的微細(xì)化，加工性得到改善，能塑性加工至輕薄短小的尺寸。另外，本發(fā)明的Ag-Cu-T1-Sn合金活性金屬焊料也具有足夠的釬焊性(接合強(qiáng)度)，具有與現(xiàn)有的Ag-Cu-Ti合金活性金屬焊料同等以上的性能?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]第一實(shí)施方式:下面，基于以下記載的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。這里，將Ag-Cu26.0% -Ti2.0% -Sn5.0% (Sn/Ti比2.5)的活性金屬焊料熔化鑄造，然后進(jìn)行塑性加工。該活性金屬焊料是使用真空熔化爐將上述組成的Ag合金熔化后，在碳坩堝中鑄造、退火，制成寬100mm、長(zhǎng)150mm、厚15mm的鑄錠。熔化鑄造后，為了評(píng)價(jià)鑄造時(shí)析出的鑄錠中的金屬間化合物的粒徑，觀察截面金屬組織，通過(guò)EDS的面分析來(lái)鑒定析出的化合物的構(gòu)成元素。
[0023]鑄造后的鑄錠中析出、分散有80μm以下的金屬間化合物。有關(guān)析出物的EDS分析中，金屬間化合物由Sn和Ti形成，是幾乎不含Cu的金屬間化合物。
[0024]接著，對(duì)鑄錠進(jìn)行塑性加工，考察金屬間化合物的粒徑(最大粒徑)的變化。該考察中，將加工率設(shè)定為60%、70%、80%、90%、98%、99.5%，進(jìn)行軋制加工。根據(jù)加工后的截面組織來(lái)測(cè)定金屬間化合物的粒徑。另外，金屬間化合物的最大粒徑測(cè)定中，對(duì)于各樣品的截面以金屬顯微鏡1000倍對(duì)0.1mmX 1.0mm的范圍進(jìn)行觀察,取其中的粒子中最大的粒子的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度。其結(jié)果不于表1。
[0025][表 I]
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種活性金屬焊料，其由20?40重量％的Cu、1.0?3.0重量％的T1、1.2?6.0重量％的Sn、其余部分為Ag的Ag-Cu-T1-Sn合金構(gòu)成，具有在Ag-Cu合金基質(zhì)中分散有Sn-Ti金屬間化合物、Sn-T1-Cu金屬間化合物或Cu-Ti金屬間化合物的金屬組織，其特征在于， Ti和Sn的重量比Sn/Ti為1.2以上， 而且所述金屬間化合物的粒徑為20 μ m以下。
2.權(quán)利要求1所述的活性金屬焊料的制造方法，其特征在于， 包括如下工序:將由20?40重量％的Cu、l.0?3.0重量％的T1、l.2?6.0重量％的Sn、其余部分由Ag構(gòu)成、Ti和Sn的重量比Sn/Ti為1.2?3.5的Ag-Cu-T1-Sn合金熔化鑄造，對(duì)其實(shí)施加工率90%以上的塑性加工，從而使Ag-Cu-T1-Sn合金中的金屬間化合物斷裂至20 μ m以下。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK103732351SQ201280024563
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月24日
【發(fā)明者】岸本貴臣, 柏木孝三, 坂口理 申請(qǐng)人:田中貴金屬工業(yè)株式會(huì)社