(57)【要約】【課題】本発明は、インジウムを含む銀合金材料およびその製造方法に関する。【解決手段】銀合金材料およびその製造方法において、銀合金材料は、６５−９５重量％の銀と、５−３５重量％のインジウムとを含み、固液共存領域を有する。この銀合金材料が、混合、真空加熱、冷却、アニーリングなどの工程により合成されると、低い降伏強度（５８ＭＰａ）、高い極限引張強度（３００ＭＰａ）、高い伸び率（６０％）、優れた抗硫化特性を有し、光学高反射鏡、銀製装飾品、およびろう付け材料に適用でき、さらに半導体パッケージ用の極細銀合金線に適用できる。【選択図】図１
2017008408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀合金材料であって、
総重量を基準として、６５−９５重量％の銀と、５−３５重量％のインジウムとを含み、
固液共存領域を有し、
金属伸び率が６０％であり、降伏強度が５８ＭＰａであり、極限引張強度が３００ＭＰａである
ことを特徴とする銀合金材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は銀合金材料に関し、特にインジウムを含む銀合金材料およびその製造方法に関する。この特定のインジウムを含む銀合金材料は、光学高反射鏡鏡、ろう付け材料、銀製装飾品の製造、および半導体パッケージ用の極細銀合金線に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
電子製品中のチップのワイヤボンディング技術は、初期は純金線を使用していたが、近年ではそのコスト低下のために、業界では、銅線などの代替可能な材料を次々と探している。しかし、銅線は容易に酸化するため、これにともないチップの動作も極めて直ぐに不安定になる。あるいは、銅線を使用して金、パラジウムまたは白金などの貴金属でめっきすると、酸化の問題は克服されるが、ワイヤボンディングの過程において、その界面の溶接部分が依然として直ぐに水気の影響を受けて、腐食が生じる。このため、業界は銅、金など様々な配合比の合金線を代替として使用し始めている。その他、純銀線を金線の代わりに用いてワイヤボンディング材料とすることも試みられている。
【０００３】
銀線は比較的良好な導電性を有し、純金線より安価であり、銅線のように直ぐに腐食することはない。しかしながら、銀線は大気中で安定し、酸化しにくいが、直ぐに硫化する。このため、硫化の問題を克服するために、使用する銀線は、純銀から合金化の方向へ展開し始めている。
その他の元素を添加することにより、銀材料の元の特性を改善する。例えば、微量のパラジウムを添加する手法は、抗酸化、抗硫化、およびエレクトロマイグレーション耐性の性能を得るのに有用である。
【０００４】
この他、複数の異なる元素を合金に同時に添加することも、合金研究の展開傾向である。
初期の開示として、１９７５年出願の米国特許の公告公報である第ＵＳ４０５２５３１Ａ号には、７０重量％の銀（Ａｇ）と、それ以外として、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および銅（Ｃｕ）とを含むろう付け合金を示されている。
あるいは、台湾特許公告第ＴＷＩ３１６０９２Ｂ号には、銀をベースにした合金であって、インジウム、スズ（Ｔｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）またはビスマス（Ｂｉ）を添加して得られた複数金属の銀合金が示されている。
あるいは、中国特許公開第ＣＮ１０２３１２１２０Ａ号には、９６−９７．５重量％の銀を含み、それ以外として、インジウムおよび金（Ａｕ）をさらに含む合金ボンディングワイヤが示されている。
あるいは、台湾特許公告第ＴＷＩ４０４８０９Ｂ号には、６４−６７．５重量％の銀と、３１．５−３５重量％のインジウムとを含む合金組成物の特性が高硬度、高融点、高強度などであることが示されている。
【０００５】
以上から次のことがわかる。
合金材料の応用範囲を十分に幅広いものとするために、従来技術では、２種以上の元素を添加する必要がたびたびあった。にもかかわらず、特定の比率および特定の元素で合成した各種の合金は、互いに類似した金属特性のみしか示さないため、その応用範囲が限られていた。
また、複数元素の混合は、合金の成分が不均一になる現象を引き起こすおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公告第４０５２５３１号
【特許文献２】台湾特許公告第Ｉ３１６０９２号
【特許文献３】中国特許公開第１０２３１２１２０号
【特許文献４】台湾特許公告第Ｉ４０４８０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、いかにして合金の合成工程を簡略化し、幅広く使用できる合金材料を合成するかということが、本発明が解決しようとする技術的課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、銀合金材料である。この銀合金材料は、その総重量を基準として、６５−９５重量％の銀と、５−３５重量％のインジウムとを含み、固液共存領域を有することを特徴とする。
【０００９】
上記発明において、当該銀合金材料は、好ましくは５−２５重量％のインジウムを含む。
【００１０】
上記発明において、当該銀合金材料は、好ましくは光学高反射鏡に応用可能な銀合金材料である。
【００１１】
上記発明において、当該銀合金材料は、好ましくはろう付け材料に応用可能な銀合金材料である。
【００１２】
上記発明において、当該銀合金材料は、好ましくは銀製装飾品に応用可能な銀合金材料である。
【００１３】
上記発明において、当該銀合金材料が応用可能な当該ろう付け材料は、好ましくは線材であり、当該線材の直径は、好ましくは８ｍｍから１６μｍまでの間である。
【００１４】
上記発明において、当該銀合金材料の金属伸び率は、好ましくは６０％である。
【００１５】
上記発明において、当該銀合金材料の降伏強度は、好ましくは５８ＭＰａである。
【００１６】
上記発明において、当該銀合金材料の極限引張強度は、好ましくは３００ＭＰａである。
【００１７】
もう一つの本発明は、銀合金材料の製造方法であって、以下の工程を含む。
（ａ）銀顆粒およびインジウム顆粒を提供する。
（ｂ）当該銀顆粒および当該インジウム顆粒を混合し、銀インジウム混合物を形成させる。
（ｃ）当該銀インジウム混合物に対して、真空加熱処理を施し、銀とインジウムとが均一な溶融状態にする。
（ｄ）当該銀インジウム混合物に対して、冷却処理を施し、銀インジウム合金の初期生成物を形成させる。当該銀インジウム合金の初期生成物は、銀とインジウムとの固液共存の固溶体である。
（ｅ）当該銀インジウム合金の初期生成物に対して、アニーリング処理を施し、銀合金材料を形成させる。この銀合金材料は固液共存領域を有する。
【００１８】
上記発明において、工程（ａ）では、当該銀顆粒および当該インジウム顆粒の総重量を基準として、好ましくは、当該銀顆粒は６５−９５重量％であり、当該インジウム顆粒は５−３５重量％である。
【００１９】
上記発明において、当該インジウム顆粒は、好ましくは５−２５重量％である。
【００２０】
上記発明において、工程（ｃ）は、好ましくは、当該銀インジウム混合物を容器に入れ、温度が１０００−１０３０℃の条件下、当該銀インジウム混合物に対して真空加熱をする工程である。
【００２１】
上記発明において、工程（ｄ）は、好ましくは、当該銀インジウム混合物を真空装置に入れ、冷却する工程である。
【００２２】
上記発明において、工程（ｅ）は、好ましくは、当該銀インジウム合金の初期生成物を真空装置に入れ、アニーリングする工程である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態の銀合金材料を合成する工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜実施例＞
本実施の形態は、インジウムを含む銀合金材料およびその製造方法である。
図１にインジウムを含む銀合金材料を合成する工程を示す。
まず、銀顆粒およびインジウム顆粒を混合し（工程Ｓ１１）、銀インジウム混合物を形成させる。
工程Ｓ１１では、銀インジウム混合物は、その総重量を基準として、６５−９５重量％の銀と、５−３５重量％のインジウムとを含む。
もう一つの好ましい実施の形態において、銀インジウム混合物は、７５−９５重量％の銀と、５−２５重量％のインジウムとを含むものであってもよい。
【００２５】
続いて、真空加熱を行う（工程Ｓ１２）。
工程Ｓ１２では、銀インジウム混合物を真空炉に入れ、１０００−１０３０℃の温度で真空加熱を行い、当該銀インジウム混合物を銀とインジウムとが均一な溶融状態（ｍｏｌｔｅｎ  ｐｈａｓｅ）にする。
【００２６】
その後、冷却を行う（工程Ｓ１３）。
真空加熱後の銀インジウム混合物を真空装置に入れて冷却を行い、銀インジウム合金の初期生成物を得る。
この銀インジウム合金の初期生成物は、銀とインジウムとの固液共存（ｓｏｌｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ  ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ）の固溶体である。
【００２７】
冷却終了後、アニーリングを行う（工程Ｓ１４）。
得られた銀インジウム合金の初期生成物を真空装置に入れ、アニーリング処理を施し、インジウムを含む銀合金材料を形成させる。
アニーリング処理により、インジウムを含む銀合金材料の柔軟性、延性、および靭性を増加させることができる。
この他、当該インジウムを含む銀合金材料は、固液共存領域（ｓｏｌｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ  ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ  ｚｏｎｅ）を有する。
【００２８】
まず、抗硫化を検査する。
上記インジウムを含む銀合金材料製の光学高反射鏡および純銀製の円盤を、それぞれ１２０℃、気圧１．０１パスカル（Ｐａ）の硫黄蒸気を含むガラス缶に入れる。
１時間経過後、インジウムを含む銀合金材料製の光学高反射鏡は、依然として硫化が起きていないことを見出すことができる。
一方、当該純銀製の円盤は同様の環境条件下において、１時間経過後、硫黄蒸気と反応し、表面に厚さが約２５μｍの黒色の硫化銀（Ａｇ２Ｓ）が生成されたことが見出される。
純銀製の円盤に硫化現象が発生したのと比較して、本実施の形態の６５−９５重量％の銀と、５−３５重量％のインジウムとから合成される銀合金材料が、高い抗硫化の特性を有することを証明している。
【００２９】
この他、米国試験材料協会（ＡＳＴＭ）の基準により、純金、純銀、アルミニウム（Ａｌ）、標準成分の銀合金（９２．５重量％の銀および７．５重量％の銅を含む）と、本実施の形態で合成したインジウムを含む銀合金材料をそれぞれ検査する。
【００３０】
検査項目は、降伏強度（Ｙｉｅｌｄｓ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、極限引張強度（Ｕｌｔｉｍａｔｅ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、および伸び率（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を含む。検査結果は以下の表１に示す通りである。
【００３１】
【表１】
2017008408.tif 000003
【００３２】
上記の表１から、インジウムを含む銀合金材料は、アルミニウムまたは標準成分の純合金と比較して、その降伏強度が５８ＭＰａしかないことがわかる。
これにより、当該インジウムを含む銀合金材料で半導体チップのパッケージに用いるろう付け材料の線材を製造した場合、その降伏強度が低いが故に、ワイヤボンディングツール（ｗｉｒｅ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｔｏｏｌ）を操作するときの力を低下可能であり、チップのボンドパッド（ｂｏｎｄ  ｐａｄｓ）へのダメージ発生のおそれを解消できる。
【００３３】
上記の表１から、インジウムを含む銀合金材料は、純金、純銀、アルミニウム、および標準成分の銀合金などの材料と比較して、その極限引張強度が３００ＭＰａに達することがわかる。
これにより、比較的高い抵抗および外力に耐える特性を有し、そこで、この線材でパッケージした半導体チップのワイヤボンディング構造は、後に続く射出成型におけるより多くの加工衝撃力に耐えられる。
前述した特許文献３の中国特許公開第１０２３１２１２０号に開示された技術と比較しても、本実施の形態で示すインジウムを含む銀合金材料の極限引張強度（３００ＭＰａ＝３００ＭＮ／ｍｍ２）は、先の技術として示された銀インジウム合金のボンディングワイヤ（極限引張強度は７０ＭＮ／ｍｍ２）より優れている。
【００３４】
上記の表１から、インジウムを含む銀合金材料の伸び率は６０％に達することがわかる。
伸び特性は、ワイヤボンディング構造のワイヤボンディングまたは射出成型などの加工プロセスにおいて、ワイヤボンディング構造が外力を受けて断裂する現象を低下可能である。
前述した特許文献３の中国特許公開第１０２３１２１２０号に開示された技術と比較しても、本実施の形態で示すインジウムを含む銀合金材料の伸び率は、先の技術として示された銀インジウム合金のボンディングワイヤ（伸び率は約１２％）より優れている。
【００３５】
純金または純銀製の線材は単一の融点（ｍｅｌｔｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）しか有さず、例えば銀の融点は９６１．９３℃であり、金の融点は１０６４℃である。
したがって、純銀線材または純金線材を用いた線材のろう付け（ｂｒａｚｉｎｇ）過程においては、ワイヤボンディングツールを単一で安定したろう付け温度に確実に維持する必要があり、そうでなければワイヤボンディング構造がチップおよび基板を安定して接続することができない。
本実施の形態で示すインジウムを含む銀合金材料と比較すると、これは固液共存領域を有するため、当該インジウムを含む銀合金材料製の線材を使用してろう付けを行うとき、ワイヤボンディングツールを固液共存領域の温度範囲内に維持して動作させるだけでよい。
したがって、チップ全体をパッケージする速度およびワイヤボンディングの歩留まり率が上昇した。
【００３６】
以上をまとめると、本実施の形態で提供する銀およびインジウムで合成した銀合金材料は、抗硫化、低い降伏強度、高い極限引張強度、および高い展延性などの特性を有し、光学高反射鏡、ろう付け材料、および銀製装飾品の製造などに幅広く応用できる。
また、その固液共存領域の特性により、線材のろう付けの歩留まり率を上昇させることができる。したがって、本実施の形態は、実際に高い産業的価値を有するものである。
【００３７】
本発明は、当業者により各種各様の修飾を行うことができるが、いずれも添付の特許請求の範囲の保護範囲から逸脱しない。
【符号の説明】
【００３８】
Ｓ１１  銀顆粒およびインジウム顆粒の混合工程
Ｓ１２  真空加熱工程
Ｓ１３  冷却工程
Ｓ１４  アニーリング工程
【図１】
2017008408.tif 000004