(57)【要約】【課題】  Ａｕ基はんだ合金を熱間あるいは温間でフープ状に圧延加工する際に、厚み３０μｍ以下に圧延しても幅方向に反りが発生することがなく、これを更にプリフォーム状やテープ状に加工しても反りや蛇行が発生しない、封止用として優れたＡｕ基はんだ合金の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉの少なくとも１種を含有するＡｕ基はんだ合金１を熱間又は温間でフープ状に圧延加工する際に、ワークロール４の排出側に圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａを挟んで冷却ガイドロール６と冷却ガスノズル７を対向させて設置し、表面温度３０℃以下の冷却ガイドロール６を圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａの片面側に接触させると共に、他面側に冷却ガスノズル７から３０℃以下の空気又は不活性ガスを吹き付けながら、厚み３０μｍ以下に圧延加工する。【選択図】      図１
2014151329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉの少なくとも１種を含有するＡｕ基はんだ合金の製造方法であって、Ａｕ基はんだ合金を熱間又は温間でフープ状に圧延加工する際に、ワークロールの排出側に圧延直後のＡｕ基はんだ合金を挟んで冷却ガイドロールと冷却ガスノズルを対向させて設置し、表面温度３０℃以下の冷却ガイドロールを圧延直後のＡｕ基はんだ合金の片面側に接触させると共に、圧延直後のＡｕ基はんだ合金の他面側に冷却ガスノズルから３０℃以下の空気又は不活性ガスを０.１ｌ／分以上の流量で吹き付けながら、厚み３０μｍ以下に圧延加工することを特徴とするＡｕ基はんだ合金の製造方法。
【請求項２】
前記冷却ガイドロール及び冷却ガスノズルをワークロールの排出部から２００ｍｍ以内に設置することを特徴とする、請求項１に記載のＡｕ基はんだ合金の製造方法。
【請求項３】
前記冷却ガイドロールの直径をワークロールの直径の半分以下とし、且つ冷却ガイドロールをワークロールの排出部から冷却ガイドロールの中心軸までの距離がワークロールの直径以内となるように設置することを特徴とする、請求項１又は２に記載のＡｕ基はんだ合金の製造方法。
【請求項４】
前記冷却ガスノズルは、少なくともワークロールの長さと等しい長さの冷却ガス噴出用開口部を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のＡｕ基はんだ合金の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法により得られたフープ状のＡｕ基はんだ合金を、プリフォーム状に打ち抜き加工するか若しくはテープ状にスリット加工することを特徴とするＡｕ基はんだ合金の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法により得られたフープ状のＡｕ基はんだ合金であって、厚みが３０μｍ以下であり且つ幅方向の反りが１００μｍ以下であることを特徴とするＡｕ基はんだ合金。
【請求項７】
請求項５に記載の方法により得られたプリフォーム状のＡｕ基はんだ合金であって、厚みが３０μｍ以下であり且つ反りが２０μｍ以下であることを特徴とするＡｕ基はんだ合金。
【請求項８】
請求項５に記載の方法により得られたテープ状のＡｕ基はんだ合金であって、厚みが３０μｍ以下であり且つ蛇行が１０ｃｍ／ｍ以下であることを特徴とするＡｕ基はんだ合金。
【請求項９】
Ｓｎを１８.０質量％以上２５.０質量％含有し、残部がＡｕ及び不可避不純物であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載のＡｕ基はんだ合金。
【請求項１０】
Ｇｅを１１.０質量％以上１５.０質量％含有し、残部がＡｕ及び不可避不純物であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載のＡｕ基はんだ合金。
【請求項１１】
Ｓｉを２.５質量％以上４.０質量％含有し、残部がＡｕ及び不可避不純物であることを特徴とする、請求項６〜８
のいずれかに記載のＡｕ基はんだ合金。
【請求項１２】
更にＰを０.００１質量％以上０.０５０質量％以下含有することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載のＡｕ基はんだ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止用のＡｕ基はんだ合金に関するものであり、特にＳＡＷフィルタや水晶発振子等の封止材として用いられるＡｕ基はんだ合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の接続用材料として、従来からＰｂあるいはＳｎを主成分とする半田が用いられてきた。例えば、Ｐｂを主成分とするＰｂ基合金はんだは、一般に軟質なため、基板に半導体を接合する場合のように熱膨張係数の差によって発生する機械的ストレスを吸収することが出来るので、半田付けの熱疲労強さが優れており、パワートランジスタのように大きなシリコンチップをＣｕ母材に接合する場合等に適している。
【０００３】
Ｓｎ−３７質量％共晶はんだ合金は、融点が１８３℃と低く２６０℃以上のリフローに耐えることができないため、電子部品の実装用はんだとして使用されてきた。Ｓｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｓｂ系のようなＳｎ基はんだ合金は、耐クリープ特性に優れており、Ｐｂ系はんだの代替として半導体の低温接合用に用いられている。また、融点が２００〜２３０℃程度なので、Ｓｎ−３７質量％共晶はんだ合金に替わる無鉛はんだとして、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだが実用化され使用されている。
【０００４】
一方、Ａｕ−Ｓｎ系やＡｕ−Ｇｅ系などのＡｕ基はんだ合金は、主成分がＡｕであるため、Ｓｎ基はんだ合金やＰｂ基はんだ合金に比べて耐酸化性、耐食性、機械的特性に優れている。そのため、Ａｕ基はんだ合金は、半導体素子と基盤の接合に加え、微細で高気密性が求められるＳＡＷフィルタや水晶振動子等の封止材として使用されている。
【０００５】
このようなＡｕ基はんだ合金の封止材としての用途については、例えば、特許文献１に、Ａｕが７８質量％以上７９.５質量％未満、残部がＳｎからなるＡｕ基はんだ合金を用いた電子部品の気密封止方法が記載されている。また、特許文献２、特許文献３及び特許文献４には、Ａｕ基はんだ合金を電子部品の気密封止に使用するハーメチックシールカバーとその製造方法が記載されている。
【０００６】
しかしながら、Ａｕ基はんだ合金は常温では脆く、割れやすい性質を有する。そのため、テープ状に加工するスリット加工あるいはプリフォーム状に加工する打ち抜き加工において、はんだ縁部に脆さに起因した割れ不良が発生しやすい。このような割れ不良が存在すると、Ａｕ基はんだ合金をＳＡＷフィルタや水晶振動子の封止材として使用する際の接合時にボイドの起点となり、リーク不良の原因となることがあるため、割れ不良は極力抑制しなければならない。
【０００７】
そのため、スリット加工あるいは打ち抜き加工での割れ不良を抑制する様々な提案がなされてきた。例えば、特許文献５には、Ａｕが１０〜９０質量％、残部がＳｎからなる箔状のＡｕ基はんだ合金に対し、２００〜２７０℃で５分〜１０時間の熱処理を施すことで加工性が向上し、スリット加工時の割れを防止できることが記載されている。特許文献６には、Ｓｎが１５〜２５質量％、残部がＡｕからなる薄板状又は箔状のＡｕ−Ｓｎはんだ合金について、打ち抜き加工によりプリフォームはんだ材とする際の割れを防止するために、プリフォームはんだ材の外形を構成する各辺と圧延方向のなす角度を２５〜６５°とすることが記載されている。
【０００８】
また、特許文献７には、Ａｕ−Ｓｎはんだ合金又はＡｕ−Ｇａはんだ合金について、打ち抜き加工におけるチッピングやクラックを防止するため、５０〜３２０℃の温度範囲で打ち抜き加工を行う方法が記載されている。更に、特許文献８には、Ａｕ−Ｇｅ合金、Ａｕ−Ｓｂ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金の打ち抜き加工において、チッピングやクラックを防止するために、１００〜３５０℃の温度範囲で打ち抜き加工を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１-１７６９９９号公報
【特許文献２】特許第４２８５７５３号公報
【特許文献３】特開２００５−１６６９５５号公報
【特許文献４】特開２００６−２９４７４３号公報
【特許文献５】特開２００３―１８３７９５号公報
【特許文献６】特許第３９０１６８６号公報
【特許文献７】特許第２８２１７８６号公報
【特許文献８】特許第２８２１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、ＳＡＷフィルタや水晶振動子の分野においては軽薄短小化が進み、これに伴って封止材として使用されるテープ状あるいはプリフォーム状のＡｕ基はんだ合金も厚み３０μｍ以下と薄型が主流となってきている。そのため、テープ状あるいはプリフォーム状に加工する前に、Ａｕ基はんだ合金をフープ状に圧延加工する工程で厚みを３０μｍ以下にする必要があるが、得られるフープ状のＡｕ基はんだ合金が圧延加工時に塑性変形してしまい、幅方向に無視できない大きさの反りが発生するという問題があった。
【００１１】
即ち、前述のとおりＡｕ基はんだ合金は常温では脆く、割れやすいため、フープ状に加工する圧延加工においては、はんだ合金の融点近くまで熱を加えながら圧延する熱間圧延あるいは温間圧延が一般的である。しかし、熱間圧延あるいは温間圧延で厚み３０μｍ以下に圧延すると、ワークロールから排出された直後のはんだ合金は融点近くまで加熱されているため、巻取りテンションにより容易に塑性変形してしまい、幅方向に反りが発生することが分かった。
【００１２】
しかも、反りを有するフープ状のＡｕ基はんだ合金を用いて、打ち抜き加工によりプリフォーム状のＡｕ基はんだ合金を作製すると、反りに起因した割れ不良が発生しやすくなり、得られたプリフォーム状のＡｕ基はんだ合金にも３０μｍ以上の大きな反りが発生してしまう。反りの大きいプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金は、実装時にフィーダー等に引っ掛かって作業性を著しく低下させ、更には濡れ広がりのばらつきが生じるためリーク不良の原因となりやすい。
【００１３】
また、反りを有するフープ状のＡｕ基はんだ合金で、スリット加工によりテープ状のＡｕ基はんだ合金を作製した場合、テープ形状の全体に蛇行が発生してしまい、また切断部には割れが発生しやすい。蛇行したテープ状Ａｕ基はんだ合金は、上記した反りの大きいプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金の場合と同様に、実装時の作業性を低下させるだけでなく、リーク不良の原因となる恐れがある。
【００１４】
そのため、封止材として使用されるＡｕ基はんだ合金においては、割れを抑えるだけでなく、反りや蛇行についても発生を極力抑える必要がある。しかしながら、従来から上記特許文献５〜８に記載されているようにスリット加工時や打ち抜き加工時における割れを防止する方法は数多く提案されてきたが、厚み３０μｍ以下に圧延する際に発生する反りの問題については有効な対策が存在せず、従ってフープ状だけでなくプリフォーム状やテープ状のＡｕ基はんだ合金でも反りや蛇行を有効に防止し得ない現状であった。
【００１５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、常温で脆く割れやすいＡｕ基はんだ合金を熱間圧延あるいは温間圧延でフープ状に圧延加工する際に、厚み３０μｍ以下に圧延しても幅方向に反りが発生することがなく、これをプリフォーム状やテープ状に加工しても反りや蛇行が発生しないＡｕ基はんだ合金の製造方法、並びに、その方法で得られる厚み３０μｍ以下で反りや蛇行のないＡｕ基はんだ合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明が提供するＡｕ基はんだ合金の製造方法は、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉの少なくとも１種を含有するＡｕ基はんだ合金の製造方法であって、Ａｕ基はんだ合金を熱間又は温間でフープ状に圧延加工する際に、ワークロールの排出側に圧延直後のＡｕ基はんだ合金を挟んで冷却ガイドロールと冷却ガスノズルを対向させて設置し、表面温度３０℃以下の冷却ガイドロールを圧延直後のＡｕ基はんだ合金の片面側に接触させると共に、圧延直後のＡｕ基はんだ合金の他面側に冷却ガスノズルから３０℃以下の空気又は不活性ガスを０.１ｌ／分以上の流量で吹き付けながら、厚み３０μｍ以下に圧延加工することを特徴とする。
【００１７】
本発明が提供するＡｕ基はんだ合金の一つは、上記本発明のＡｕ基はんだ合金の製造方法により得られたフープ状のＡｕ基はんだ合金であって、厚みが３０μｍ以下であり且つ幅方向の反りが１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、上記本発明のフープ状のＡｕ基はんだ合金を用い、通常のごとく打ち抜き加工あるいはスリット加工することによって、反りが２０μｍ以下のプリフォーム状のＡｕ基はんだ合金、あるいは蛇行が１０ｃｍ／ｍ以下のテープ状のＡｕ基はんだ合金を製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉの少なくとも１元素を含有するＡｕ基はんだ合金の圧延加工により、厚みが３０μｍ以下でありながら、幅方向の反りが1００μｍ以下に制御されたフープ状Ａｕ基はんだ合金を提供することができる。更には、このフープ状Ａｕ基はんだ合金を用いて、打ち抜き加工により反りが２０μｍ以下のプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金を、またスリット加工によって蛇行が１０ｃｍ／ｍ以下のテープ状Ａｕ基はんだ合金を得ることができる。従って、本発明のＡｕ基はんだ合金は、封止材用として、中でも高い接合信頼性が要求されるＳＡＷフィルタや水晶振動子の封止材用として、極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明方法におけるＡｕ基はんだ合金の圧延工程を模式的に示す説明図である。
【図２】フープ状Ａｕ基はんだ合金における幅方向の反りの測定方法を模式的に示す説明図である。
【図３】実施例における各試料のフープ状Ａｕ基はんだ合金の幅方向の反りを比較して示したグラフである。
【図４】テープ状Ａｕ基はんだ合金の蛇行の測定方法を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明によるＡｕ基はんだ合金の製造方法は、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉの少なくとも１種を含有するＡｕ基はんだ合金を熱間又は温間でフープ状に圧延加工する工程と、得られたフープ状Ａｕ基はんだ合金を更にプリフォーム状に打ち抜き加工する工程あるいはテープ状にスリット加工する工程に係るものである。特に上記圧延加工工程において、ワークロールから排出された直後のＡｕ基はんだ合金を冷却ガイドロールと冷却ガスノズルから吹き付ける冷却ガスで両面側から冷却することにより、厚み３０μｍ以下で且つ反りのないフープ状のＡｕ基はんだ合金を得ることが重要である。
【００２２】
そこで、まず上記圧延加工工程について詳しく説明する。Ａｕ基はんだ合金の圧延加工においては、図１に示すように、Ａｕ基はんだ合金１の母合金等を巻出ロール２から巻き出して１対のワークロール４に供給し、厚み３０μｍ以下のフープ状に圧延した後、巻取ロール３に巻き取る。その際、割れ等を防ぐためにＡｕ基はんだ合金１を融点近くまで加熱して圧延するが、本発明ではワークロール４の排出側に圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａを挟んで冷却ガイドロール６と冷却ガスノズル７を対向させて設置し、圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａを両面側から冷却する。尚、図１中の符号５はバックアップロールである。
【００２３】
即ち、ワークロール４から排出された圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａの片面側に表面温度を３０℃以下に制御した水冷又は空冷による冷却ガイドロール６を接触させると同時に、圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａの他面側には冷却ガスノズル７から３０℃以下の空気又は不活性ガスを吹き付ける。冷却ガイドロール６と冷却ガスノズル７は圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａを挟んで対向するように設置してあるので、圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａは両面から冷却されるだけでなく、その冷却箇所は圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａの両面（表面側と裏面側）でほぼ同一箇所となる。
【００２４】
本発明において圧延直後のＡｕ基はんだ合金の冷却は、その表面側と裏面側に対向して配置した冷却ガイドロールと冷却ガスノズルを用いて実施することが必要である。圧延直後のＡｕ基はんだ合金の冷却の表面側と裏面側を、共に冷却ガイドロールで冷却すると、冷間圧延を施すことになるため割れの発生、破断などの不都合が生じる。また、圧延直後のＡｕ基はんだ合金の冷却の表面側と裏面側を、共に冷却ガスノズルから吹き付ける冷却ガスで冷却すると、フープ状のＡｕ基はんだ合金がばたつき、しわが発生するため好ましくない。尚、冷却ガイドロールと冷却ガスノズルを冷却直後のＡｕ基はんだ合金のどちら側の面に設置するかは任意である。
【００２５】
上記冷却ガイドロールの表面温度は３０℃以下に制御し、また冷却ガスノズルから吹き付ける空気又は不活性ガスの温度は３０℃以下とする。冷却ガイドロールの表面温度及び冷却ガスノズルから吹き付ける空気又は不活性ガスの温度が３０℃を超えると、融点近くの温度で圧延された圧延直後のＡｕ基はんだ合金を十分に冷却することができず、巻き取られたフープ状Ａｕ基はんだ合金の幅方向の反りを抑制することができない。冷却ガイドロールの表面温度及び冷却ガスノズルから吹き付ける空気又は不活性ガスの温度を１０℃より低くしても、必要以上に冷却するだけで更なる冷却効果は望めず、経済的に不利になるだけであるため１０℃を下限とすることが好ましい。
【００２６】
上記冷却ガスノズルから吹き付ける空気又は不活性ガスの流量は０.１ｌ／分以上とする。流量が０.１ｌ／分未満になると、空気又は不活性ガスの温度によっては十分な冷却効果を得ることができない恐れがある。ただし、流量が０.５ｌ／分を超えると、フープ状Ａｕ基はんだ合金が圧延加工中にバタつき、しわが発生するため好ましくない。尚、冷却ガスノズルから吹き付ける空気又は不活性ガスは、圧縮された３０℃以下の空気又は不活性ガスをボンベ等から供給すればよいが、空気又は不活性ガスを３０℃以下に冷却してポンプ等でノズルに供給することもできる。また、使用する不活性ガスに制限はないが、窒素又はアルゴンなどが好ましい。
【００２７】
上記圧延直後のＡｕ基はんだ合金の冷却箇所は、可能な限りワークロールの排出側に近づけることが好ましい。具体的には、冷却ガイドロールと冷却ガスノズルを、ワークロールの排出部から２００ｍｍ以内とすることが好ましく、１００ｍｍ以内とすることが更に好ましい。このように冷却ガイドロールと冷却ガスノズルを設置して、Ａｕ基はんだ合金の冷却箇所をワークロールの排出側に近づけることによって、冷却効率が上がると共に急速な冷却が可能となり、反り等のない優れた品質のフープ状Ａｕ基はんだ合金を製造することができる。
【００２８】
また、冷却ガイドロールについては、その直径をワークロールの直径の半分以下とし、且つワークロールの排出部から冷却ガイドロールの中心軸までの距離がワークロールの直径以内となるように設置することが好ましい。更に、冷却ガスノズルについては、少なくともワークロールの長さと等しい長さの冷却ガス噴出用開口部を有することが好ましい。このように冷却ガイドロールと冷却ガスノズルの形状や設置位置を設定することによって、圧延により得られるフープ状Ａｕ基はんだ合金の品質が向上すると共に品質のバラツキが少なくなり、安定的な製造が可能となる。
【００２９】
上記圧延加工工程により得られた本発明のフープ状のＡｕ基はんだ合金は、厚みが３０μｍ以下であって、近年におけるＳＡＷフィルタや水晶振動子等の軽薄短小化の要望に適応可能である。同時に、このフープ状のＡｕ基はんだ合金は、一般的なフープ状のはんだ合金と同様の１０〜５０ｍｍの幅を有し、この幅の範囲において幅方向の反りを１００μｍ以下に抑えることができる。
【００３０】
また、本発明のフープ状Ａｕ基はんだ合金は、通常のごとくプリフォーム状に打ち抜き加工してプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金とし、若しくはテープ状にスリット加工してテープ状Ａｕ基はんだ合金とすることができる。しかも、打ち抜き加工やスリット加工に際しては、積極的に加熱などを行わなくても、割れや反りなどの欠陥のない、優れたプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金若しくはテープ状Ａｕ基はんだ合金を得ることができる。
【００３１】
即ち、本発明によるプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金は、厚みが３０μｍ以下であって、且つ反りが２０μｍ以下である。また、本発明によるテープ状Ａｕ基はんだ合金は、厚みが３０μｍ以下であって、且つ蛇行が１０ｃｍ／ｍ以下である。これらのプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金及びテープ状Ａｕ基はんだ合金は、封止材用として、特に高い接合信頼性が要求されるＳＡＷフィルタや水晶振動子の封止材用として優れている。
【００３２】
次に、本発明のＡｕ基はんだ合金の主成分であるＡｕ及び添加元素であるＳｎ、Ｇｅ、Ｓｉ及びＰのについて具体的に説明する。
【００３３】
＜Ａｕ＞
Ａｕは本発明の第１元素であり、主成分をなしている。そして、主成分であるＡｕは、Ａｕ基はんだ合金の優れた耐酸化性、耐食性、機械的特性に寄与している。即ち、Ａｕは、チップの裏面にメタライズがされることなどからも分かるように、非常に接合性に優れる材料である。Ａｕは最も酸化し難く、接合性や濡れ性を大きく下げる原因となる酸化膜を形成し難い。更に、Ａｕは一般的な酸に溶けず、このことからの容易に推測できるように耐食性に優れている。
【００３４】
このように、本発明のＡｕ基はんだ合金は、優れた接合性や耐食性を有すると共に良好な機械的特性を有するＡｕを主成分としている。そして、この優れたＡｕの性質を更に実用的に使い易いはんだ材料とするため、本発明のＡｕ基はんだ合金は以下の元素を添加含有するができる。
【００３５】
＜Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ＞
Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉは本発明の第２元素群であり、この第２元素群の少なくとも1種を必須の添加元素として含有することが必要である。これらの元素をＡｕに添加することによって、共晶反応を示し、融点をはんだ合金として使用可能な４００℃以下まで低下させることができる。この効果を発揮する最適な添加量は、チップや基盤の表面状態、リフロー温度、リフロー時間等に左右されるものの、各元素において以下の範囲が好ましい。
【００３６】
即ち、本発明のＡｕ基はんだ合金における第２元素群の各元素の含有量は、Ｓｎを含有する場合は１８.０質量％以上２５.０質量％、Ｇｅを含揺する場合は１１.０質量％以上１５.０質量％、Ｓｉを含有する場合は２.５質量％以上４.０質量％の範囲が好ましい。尚、各元素の含有量が上記の好ましい範囲を外れると、液相線と固相線の温度差が５０℃以上となるため、はんだの基本特性である濡れ性が著しく低下してしまい、封止材用はんだとして使用困難となる場合がある。
【００３７】
＜Ｐ＞
Ｐは任意の添加元素であり、はんだ合金の濡れ性を向上させ、更には接合時にボイドの発生を低減させる効果がある。即ち、Ｐは自らが酸化しやすいため、接合時にはんだの主成分よりも優先的に酸化が進み、はんだ母相の酸化を防ぎ、還元を促進させることによって、濡れ性を確保するのである。これにより良好な接合が可能となり、ボイドの生成も起こり難くなる。
【００３８】
本発明のＡｕ基はんだ合金におけるＰの含有量は、０.００１質量％以上０.０５０質量％以下の範囲が好ましい。Ｐの含有量が０.０５０質量％を超えると、Ｐの酸化物が多量に発生して、ボイド率を高くしたり接合強度を下げたりするため好ましくない。逆に０.００１質量％未満では、期待する還元効果や濡れ性の向上効果が得られない。
【００３９】
以下に、本発明による好ましいＡｕ基はんだ合金の組成を具体的に示す。第1の好ましいＡｕ基はんだ合金は、Ｓｎを１８.０質量％以上２５.０質量％含有し、残部がＡｕ及び不可避不純物である。第２の好ましいＡｕ基はんだ合金は、Ｇｅを１１.０質量％以上１５.０質量％含有し、残部がＡｕ及び不可避不純物である。第３の好ましいＡｕ基はんだ合金は、Ｓｉを２.５質量％以上４.０質量％含有し、残部がＡｕ及び不可避不純物である。これらの好ましいＡｕ基はんだ合金は、更にＰを０.００１質量％以上０.０５０質量％以下含有することができる。
【実施例】
【００４０】
［実施例１］
原料として、それぞれ純度９９.９９質量％以上のＡｕ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐを準備した。これらの原料を所定量秤量し、高周波溶解炉用グラファイト製るつぼに投入した。原料の入ったグラファイト製るつぼを高周波溶解炉に入れ、酸化を抑制するために窒素ガスを原料１ｋｇ当たり０.７ｌ／分の流量で流した。
【００４１】
この状態で溶解炉の電源を入れ、原料を加熱溶融させた。原料の金属が溶融しはじめたら石英製混合棒でよく撹拌し、局所的な組成のばらつきが起きないように均一に混ぜた。十分溶融したことを確認した後、高周波電源を切り、速やかに溶解炉からるつぼを取り出して、るつぼ内の溶湯をグラファイト製の鋳型に流し込んだ。尚、鋳型は板幅３５ｍｍ×板厚３ｍｍ×高さ１２０ｍｍの板状鋳型を使用した。
【００４２】
各原料の配合組成を変えて上記操作を繰り返すことにより、試料１〜１３の各はんだ母合金を作製した。得られた試料１〜１３の各はんだ母合金のインゴットについて、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて組成を分析し、得られた組成分析結果をそれぞれ設定した配合組成と共に下記表１に示した。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
次に、上記試料１〜１３の各はんだ母合金を、ワークロール（直径２インチ）とバックロール（直径６インチ）の４段ロールを使用し、ワークロールの表面温度を試料１〜３及び試料１０〜１１は２５０℃、試料４〜９は３３０℃、及び試料１２〜１３は３２０℃にそれぞれ設定して、厚み３.０ｍｍ→０.５ｍｍ→０.０８０ｍｍ→０.０５０ｍｍ→０.０３０ｍｍのパススケジュールで熱間圧延を行い、幅３５ｍｍ×厚み０.０３０ｍｍのフープ状はんだ合金を製造した。
【００４５】
上記熱間圧延加工の際に、試料１〜１０については、圧延直後のＡｕ基はんだ合金を冷却ガイドロールと冷却ガスノズルの冷却手段を用いて冷却した。具体的には、図１に示すように、ワークロール４の排出部から２０ｍｍの位置に空冷により表面温度を２０℃に制御した冷却ガイドロール６（直径１５ｍｍ）を設置して、圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａの片面側に接触させた。同時に、圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａの他面側に、上記冷却ガイドロール６と対向させて幅５０ｍｍの平型の冷却ガスノズル７を配置して、圧延直後のＡｕ基はんだ合金１ａと冷却ガイドロール６との接触部の他面側に温度２０℃の窒素ガスを０.５ｌ／分の流量で吹き付けた。尚、試料１１〜１３は従来の熱間圧延により加工し、上記冷却手段による冷却は行わなかった。
【００４６】
上記熱間圧延加工で得られた試料１〜１３の各フープ状Ａｕ基はんだ合金について、ニコン製３次元測定顕微鏡により幅方向の反りを評価した。具体的には、図２に示すようにフープ状Ａｕ基はんだ合金１ｂを台座８に載せ、フープ状Ａｕ基はんだ合金１ｂの一端における台座８の表面からの高さを基準点として、基準点からの高さ方向の変化量を１ｍｍ毎に測定した。測定により得られた最大変化量の絶対値が１００μｍ未満の場合を「○」、１００μｍ以上２００μｍ未満の場合を「△」、及び２００μｍ以上の場合を「×」とした。
【００４７】
上記各フープ状Ａｕ基はんだ合金における幅方向の反りの評価結果を、上記熱間圧延の温度、冷却手段の有無と共に、下記表２に示した。また、試料１〜３及び試料１１の各Ａｕ−Ｓｎ系のフープ状Ａｕ基はんだ合金における幅方向の反りの評価結果を図３にプロットして示した。
【００４８】
これらの結果から明らかなように、本発明による冷却を実施した試料１〜１０のフープ状Ａｕ基はんだ合金は、いずれも幅方向の反りが１００μｍ未満に抑制されていることが分かる。一方、冷却手段による冷却を行わなかった試料１１〜１３では、幅方向の反りが２００μｍ以上と格段に大きかった。
【００４９】
［実施例２］
上記実施例１で得られた試料１〜１３の各フープ状Ａｕ基はんだ合金について、更にプリフォーム状に打ち抜き加工を行って、割れ及び反りの評価を行った。また、テープ状にスリット加工を行って、割れ及び蛇行の評価を行った。
【００５０】
具体的には、打ち抜き加工では、上記試料１〜１３の各フープ状Ａｕ基はんだ合金を、通常の方法により外寸３.５ｍｍ×２.５ｍｍ及び内寸２.５×１.５ｍｍの枠状に打ち抜き加工を行った。この打ち抜き加工により得られたプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金について、割れの有無を目視確認して割れ不良の発生率を求め、割れ不良の発生率が０.５％未満の場合を「○」、０.５％以上１.０％未満の場合を「△」、１.０％以上の場合を「×」と評価した。
【００５１】
更に、割れの無い良好な各プリフォーム状Ａｕ基はんだ合金について、ニコン製３次元測定顕微鏡により反りを測定した。反りの測定方法は、プリフォーム状Ａｕ基はんだ合金を設置した台座の表面を基準点として、プリフォーム状Ａｕ基はんだ合金の４角の高さ変化量を測定した。４角の高さ変化量の最大値が２０μｍ未満の場合を「○」、２０μｍ以上３０μｍ未満の場合を「△」、３０μｍ以上の場合を「×」として評価した。
【００５２】
次に、スリット加工においては、上記試料１〜１３の各フープ状Ａｕ基はんだ合金を、通常の方法により幅３.０ｍｍにスリット加工した。その後、スリット加工により得られたテープ状Ａｕ基はんだ合金を長さ１ｍにカットし、スリット切断部の割れの有無を目視確認して割れ不良の発生率を求めた。割れ不良発生率が０.５％未満の場合を「○」、０.５％以上１.０％未満の場合を「△」、１.０％以上の場合を「×」として評価した。
【００５３】
また、スリット加工により得られたテープ状Ａｕ基はんだ合金の蛇行についても、図４に示すように、長さ１ｍのテープ状Ａｕ基はんだ合金１ｃの一端を固定して鉛直に懸垂し、鉛直方向に対する１ｍ当りの蛇行変化量を測定した。１ｍ当たりの蛇行変化量が１０ｃｍ未満の場合を「○」、１０ｃｍ以上２０ｃｍ未満の場合を「△」、３０ｃｍ以上の場合を「×」とした。
【００５４】
上記打ち抜き加工により得られたプリフォーム状Ａｕ基はんだ合金の割れ及び反りの評価結果と、スリット加工により得られたテープ状Ａｕ基はんだ合金の割れ及び蛇行の評価結果を、下記表２に示した。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
これらの結果から分かるように、本発明による試料１〜１０のフープ状Ａｕ基はんだ合金は、打ち抜き加工時における割れが少なく且つ反りも小さくなり、はんだ材料として優れたものであることが確認できた。一方、圧延直後の冷却を行わなかった試料１１〜１３のフープ状Ａｕ基はんだ合金では、打ち抜き加工時における割れ不良が多く且つ反りも大きくなり、好ましくない結果となった。
【００５７】
また、本発明による試料１〜１０のフープ状Ａｕ基はんだ合金は、スリット加工時においても割れ不良が少なく、蛇行も小さくなることから、はんだ材料として優れたものであることが確認できた。一方、圧延直後の冷却を行わなかった試料１１〜１３では、スリット加工時において割れ不良が多く且つ蛇行も大きくなり、好ましくない結果となった。
【符号の説明】
【００５８】
１      Ａｕ基はんだ合金
１ａ    圧延直後のＡｕ基はんだ合金
１ｂ    フープ状Ａｕ基はんだ合金
１ｃ    テープ状Ａｕ基はんだ合金
２      巻出ロール
３      巻取ロール
４      ワークロール
５      バックアップロール
６      冷却ガイドロール
７      冷却ガスノズル
８      台座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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