焊剂接合物及焊剂接合方法
【技术领域】
[OOOU本发明设及可在Sn-化类焊剂中将化合金端子与Ag电极接合时得到稳定且坚固 的接合界面的改良技术，特别是设及适合于将化合金端子部件与固着于玻璃表面的Ag电 极接合的接合用焊剂的焊剂合金及其接合物。
【背景技术】
[0002] 近年来，从对环境方面的考虑出发，不含有化的焊剂合金为主流，作为此类合金 的一种，已知Sn-化类的焊剂合金。
[0003] 可是，焊剂合金的用途是在较低烙点下将金属和金属接合，但特别是在接合的金 属为焊剂合金中不含有的组成的情况下，产生在焊接操作中接合的金属在烙化焊剂中偏析 的所谓腐蚀现象。在接合目标为化的情况下产生铜蚀，在接合目标为Ag的情况下产生银 蚀，特别是在接合界面偏析的金属与焊剂合金组成的一部分形成金属间化合物，并随着凝 固而固着。在焊接中，由于不可避免地会在从焊接目标物偏析的金属与焊剂合金所含有的 金属之间产生金属间化合物，所W其本身没有问题。但是，在产生的金属间化合物凝固时的 粒径较大的情况下，成为在接合界面经时进行劣化的诱因。即，在由多种金属形成的金属间 化合物中，因金属原子的扩散速度的不同而出现柯肯德尔空桐化irkendallvoid),其有因 外部应力或热循环等外部诱因而经时发展成裂缝之虞，最终有接缝（継手）界面断裂的可 能性。
[0004] 在金属间化合物的粒径大的情况下，认为特别是金属原子的扩散速度的不同会产 生大的影响，产生柯肯德尔空桐的概率升高。因此，即使在选择Sn-化类焊剂的情况下，取 决于接合物，也优选使接合界面的金属间化合物的凝固粒径尽可能地小。 阳(K)日]现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2000-15478号公报 专利文献2 :日本特开2000-280066号公报 专利文献3 :日本特开2011-156558号公报 专利文献4 :美国专利第6936219号说明书。
【发明内容】
[0006] 发明所要解决的课题 专利文献1为相对于Sn-Zn类含有少量的添加成分的组成，作为添加成分，示例出Mn。 此外记载了，通过运些组成来提高在制备成焊剂糊料时Sn-化焊剂的稳定性或抑制接合后 焊剂的经时变化。但是，该公知技术未特定接合物的组成，没有考虑在焊剂组成与接合物的 组成之间会产生金属间化合物。
[0007] 在专利文献2中，公开了下述技术：同样地Wsn-化为主要成分，着眼于儘与氧强 烈反应，添加Mn作为脱氧剂的1种。此外，记载了由此发现对玻璃上的金属电极有高的焊 剂接合特性。 阳00引在专利文献3中记载了由0. 01~10重量％的化、0. 1重量％W下的Mn和余量的Sn构成的焊剂合金。另外，除了W往的电子部件和印刷基板的焊剂接合部的材质化或Ni等 金属材质W外，还公开了对玻璃上的金属电极有高的焊剂接合特性，但在该公知技术中主 要设想与A1的焊剂接合性。
[0009] 在专利文献4中，公开了利用含有0. 001~0. 9重量％的Mn的Sn-化合金作为焊剂 合金。该公知技术与其它的公知技术同样未考虑在焊剂组成与接合物的组成之间产生的金 属间化合物。
[0010] 本发明使用Sn-化类焊剂组成，W将接缝接合于Ag接合物上为前提，着眼于在焊 剂组成中的化与从接合物偏析的Ag之间产生Ag化运样的金属间化合物并构成接合界面 的一部分，通过在凝固时积极地使该金属间化合物的粒径为微小值，得到接合强度高的Ag 电极接合物。
[0011] 需说明的是，W往为了将端子部件与汽车的车窗玻璃、特别是后部玻璃上固着的 Ag接合物接合，使用锡铅类的焊剂或锡铜类的焊剂，但最近的趋势是尽可能地不使用锡铅 类那样含有铅的焊剂。另外，在锡铜类的情况下焊剂合金的烙点低，且合金组成经时地成 长，因此难W保证可靠性。此外，有机械强度低和铜昂贵等问题。
[0012] 解决课题的手段 本发明为了达成上述目的，使用通过包含2~9重量％的化、0. 0001~0. 1重量％的Mn、 余量为Sn的焊剂合金接合至少表面层为Ag的接合物的焊剂合金。在接合物的表面层存在 的Ag在焊接过程中通过腐蚀而溶入焊剂中，与焊剂组成中含有的化化合生成Ag化金属间 化合物。由此，Ag化金属间化合物构成接合物与焊剂的界面，发挥作为抑制Ag的进一步偏 析的阻隔层的功能。需说明的是，在二元体系中在Sn为91重量％时Sn和化为低共烙物。 若化的含量为1重量％，产生超过设想的银蚀，但若含有2重量％，则可最低限度地确保期 待的银蚀的抑制效果。考虑运些情况，将化的下限值设为2重量％。另一方面，若含有非常 大量的化，则腐蚀加重，因此将上限设为9重量％。需说明的是，Sn与化的低共烙点的烙 点为198. 5°C，但从工业上的观点出发，本发明中也不必为低共烙溫度那样的低烙点，因此 对于上限值的设定不重视低共烙物。更确切地说，作为本发明的目的，着眼于抑制银蚀，结 果将化的上限值设定成作为低共烙点的9重量％。
[0013] 本发明人虽未确认微量添加的Mn存在于接合界面，但认为具有W下功能而微量 添加于合金中：在烙化焊剂中扩散的Mn在Ag化金属间化合物的成长过程中对Ag与化的 扩散速度的不同造成某些影响，在凝固过程中抑制Ag化金属间化合物的成长，阻碍结晶粒 径粗大化。此外，对于含量，虽然Mn与Sn和化均至少在各自设定的渗混量的范围内不构 成低共烙物，但若超过0. 01重量％，则添加效果逐渐降低，因此将其10倍的含量设为上限。 对于下限值，确认即使微量添加Mn，也发挥抑制Ag化金属间化合物的粒径的效果，但作为 工业上可合理地含有的范围，比0. 0001重量％低的量在技术上难W实现，因此将其设为下 限值。
[0014] 此外，虽然使用上述组成的焊剂合金得到接合物，但在运种情况下，Ag从接合物的 表面层析出，与焊剂合金中的化化合形成Ag化金属间化合物。此处，通过在烙化焊剂中扩 散适量的Mn，可得到Ag化金属间化合物的粒径为5ymW下的接合界面。
[0015] 此外，为了使在接合界面存在的Ag化金属间化合物的粒径为优选的5ymw下，采 用实施W下所谓的预焊的方法：同样地使用上述组成的焊剂合金对2个接合物的接合面两 者预先实施焊剂锻层，在使所述焊剂锻层彼此接触的同时将焊剂锻层加热烙化并凝固。在 未实施预焊的情况下，虽然将化合金端子、Ag电极和本发明的焊剂合金运3种组成不同的 材料接合，但为了将它们在一个步骤中接合，需要同时满足组成的相容性和形状的相容性 的条件。在本发明的预焊中，预先对于化合金端子在表面提供焊剂合金，或对于Ag电极在 表面提供焊剂合金，结果在将化合金端子与Ag电极接合时将相同组成的焊剂合金彼此烙 化接合，可得到更坚固的接合物。此外，在预焊时对Ag电极的预焊的接合溫度可W是比对 化合金端子实施预焊的溫度低的溫度，所W不会对Ag电极和焊剂合金提供过度的热能，可 期待防止Ag化金属间化合物的粒径的粗大化。此外，由于对化合金端子和Ag电极分别实 施预焊，所W在Ag电极与预焊剂的界面生成AgZn金属间化合物，在Cu合金端子与预焊剂 的界面生成化化金属间化合物，结果预焊剂的组成转变成作为基材的富Sn。换言之，由于 两者的预焊剂的表面的化减少，所W可在更接近Sn的烙点的溫度下进行焊接。
[0016] 此外，在接合预先实施焊剂锻层的接合物时，加热溫度只要为焊剂合金烙化的 230°CW上即可，只要为不存在烙化的焊剂合金氧化等问题的溫度范围（例如300°CW下） 即可。但是，化的含量为2~9重量％且添加微量的Mn的本发明的S元合金即使在2重量％ 的化的情况下最高烙点仍为230°C左右，因此为了将其确实地烙化W得到稳定的接合界 面，需要20°C左右的过热，进一步优选250°C的加热溫度。但是，上述加热溫度并不是严格 意义下的设定溫度，而是充分地考虑了所使用的焊剂合金的烙点。
[0017] 发明的效果 在本发明中，通过采用相对于Sn含有2~9重量％的化，进而微量添加0. 0001~0. 1重 量％的Mn的焊剂合金，Mn在烙化焊剂中扩散，在从接合目标物偏析的Ag与化生成金属间 化合物时可使结晶粒径为5ymW下。由此，可抑制柯肯德尔空桐的产生，防止运种柯肯德 尔空桐发展成裂缝。因此，使用本发明的焊剂合金的接合物可防止从接合物表面过度地偏 析Ag，与此同时可制成接合可靠性高的组成。
[0018] 此外，在本发明中，在使用上述焊剂合金得到接合物时，对2个接合物的接合面两 者预先实施相同组成的焊剂锻层，制备在使所述焊剂锻层彼此接触的同时将焊剂锻层加热 烙化并凝固而得到的焊剂接合物，因此可有效地抑制在接合界面中产生空桐。由于分别对 化合金端子和Ag电极实施预焊，所W可分别在合适的溫度条件等下将预焊剂固着，此外通 过由分别生成