JPH1112716A - ロウ接用材料およびその製造方法 - Google Patents
ロウ接用材料およびその製造方法Info
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Abstract
たはハンダの濡れ性を向上させる。 【解決手段】 真空チャンバ10内の回転テーブル16
に金属基材18を配置する。金属基材18の上方には、
スパッタ電極24に取り付けた銅のターゲット20が配
置してある。真空排気口14からチャンバ10内を排気
して所定の圧力にしたのち、ガス導入口12から四フッ
化炭素ガスとアルゴンガスとを導入してスパッタ圧に制
御する。その後、回転テーブル16を回転させるととも
に、ターゲット20と金属基材18との間に高周波電圧
を印加し、金属基材18の表面にフッ化銅の層を成膜す
る。
Description
を用いて接合するロウ接用材料に関する。
は合金を加熱溶融して母材間の隙間を満たし、母材の接
合部を溶融させることなく母材同士を接合する方法であ
る。そして、ロウ接は、複雑で精密な部品の接合ができ
ること、異種金属の接合ができること、母材への影響が
少ないことなどから、電子機器に広く利用されている。
ロウ接に使用されるロウには、銀や金などの比較的融点
の高い硬ロウと、比較的融点の低い軟ロウとがある。軟
ロウは、一般にハンダと呼ばれており、錫と鉛を主成分
としているものが多く、導電性が要求される電子機器の
リードフレーム接合に多用されている。ハンダは、一般
に強度よりも導電性が主体に考えられ、特に母材に対す
る濡れ性が高いことが要求されている。そして、ロウ接
時における硬ロウ(以下、単にロウという)またはハン
ダの濡れ性は、母材表面の酸化被膜が大きな影響を与え
ることが知られている。
被膜の除去は、一般にハンダ付けなどのロウ接時にフラ
ックスを使用して行っている。しかし、フラックスを用
いる方法は、電子機器のリード等の接合のために非腐食
系のフラックスを用いた場合でも、フラックス塗布に伴
う周辺機材の汚染を生じてしまうなどの問題がある。そ
して、ハロゲン成分を含んだフラックスを用いてハンダ
付け等を行う例が見られるが、一般的にはハンダ付けの
後に残留フラックスの洗浄を必要となる。また、ハンダ
付けの後に残留フラックスの洗浄を行わない場合もある
が、この場合はハロゲン成分が少ないフラックスを用い
てハンダの濡れ性を犠牲にするか、ハンダの濡れ性を確
保するため、ハロゲン成分が多いフラックスを用いて、
残留フラックスの中のハロゲン成分に起因するマイグレ
ーション発生の危険を犯すことになる。
をフラックスを用いることなく効果的に向上させること
ができるようにしたロウ接用材料およびその製造方法を
提供することを目的としている。
めに、本発明に係るロウ接用材料は、金属基材の表面に
ハロゲン化物層が設けてあることを特徴としている。こ
れにより、ハロゲン化物層が金属基材の表面を覆って金
属基材の酸化を防止するとともに、ロウ接時にハロゲン
が金属基材中への拡散、大気中への蒸発により、金属基
材がロウやハンダを構成する金属と結合しやすくなり、
フラックスを用いることなくロウやハンダの濡れ性を改
善することができ、フラックスなしで容易にロウ接を行
うことができる。
合物からなることが望ましい。特に、フッ化銀(Ag
F)、フッ化銅(CuF)、フッ化錫(SnF2 )など
のフッ化物、塩化銀(AgCl)、塩化銅(CuC
l)、塩化錫(SnCl2 )などの塩化物がよい。ハロ
ゲン化物層の厚さは、金属基材の表面に存在する酸化物
の酸素原子とハロゲンとが置換でき、金属基材表面の酸
化を防止できるものであればよく、0.5〜3μm程度
でよい。ハロゲン化物層の厚さが0.5μmより小さく
なると、金属基体の酸化を防止できないおそがある。ま
た、ハロゲン化物層の厚さが3μmを超えると、腐食の
原因となるイオン成分の増加、または純金属との相対的
な濡れ性を低下させるおそれがある。
中にハロゲンを含有させたことを特徴としている。この
ように構成すると、金属の表層部に存在するハロゲンが
金属の酸化を防止するため、フラックスを使用すること
なくロウまたはハンダの濡れ性を向上することができ
る。前記ハロゲンは、臭素(Br)や沃素であってもよ
いが、活性に優れているところから、フッ素または塩素
が望ましい。金属に含有させるハロゲンの濃度は、体積
%で50ppm〜5%である。ハロゲンの含有量が5%
を超えると、上記したように腐食の原因となるイオンの
増加や純金属との濡れ性が低下するおそれがある。
方法は、金属基材の表面に、スパッタまたは蒸着により
ハロゲン化物層を成膜することを特徴としている。成膜
は、ハロゲン化物を含む溶液中に金属基材を浸漬したの
ち、または金属基材にハロゲン化物を含む溶液を塗布し
たのち、加熱乾燥もしくは自然乾燥させてもよい。さら
に、成膜は、金属基材の表面にハロゲン化物を配置して
溶解したのち、加熱乾燥もしくは自然乾燥させることに
よって行ってもよい。
方法は、溶融金属中にハロゲン化物を添加して融解した
のち、前記溶融金属を固化することを特徴としている。
ハロゲン化物は、溶融金属と同じ金属とハロゲンとの化
合物であってよい。例えば、溶融金属が銅(Cu)であ
る場合、銅のハロゲン化物を添加し、溶融金属がアルミ
ニウム(Al)である場合、アルミニウムのハロゲン化
物を添加する。
ゲン化物は、フッ化物または塩化物を用いることが望ま
しい。
態を詳細に説明する。
製造方法の説明図であって、スパッタ装置による製造方
法の説明図である。図1において、真空チャン10に
は、ハロゲンガスをチャンバ10内に導入できるガス導
入口12と、図示しない真空ポンプなどの排気装置に接
続して真空チャンバ10内を減圧するための真空排気口
14が設けてある。また、真空チャンバ10の内部に
は、回転テーブル16が配設してあって、この回転テー
ブル16の上に例えばリードフレームや端子などの金属
基材18を配置できるようになっている。そして、金属
基材18の上方には、銅や銀、錫などの金属からなるタ
ーゲット20が配設してある。このターゲット20は、
絶縁材22を介して真空チャンバ10に取り付けたスパ
ッタ電極24の表面に固定してある。そして、スパッタ
電極24は、インピーダンスマッチング回路26を介し
て高周波電源28に接続してある。
流電源を用いた直流スパッタによっても金属基材18へ
の成膜が可能であるが、この実施形態においては、活性
なハロゲンガスを用いるリアクティブスパッタであると
ころから、再現性、放電安定性などに優れている高周波
スパッタを採用している。
ウ接用材料の製造は、次のごとくして行う。
真空引きをし、真空チャンバ10の内部が所定の圧力に
なるまで排気する。この圧力は、通常、スパッタ圧の1
/10〜1/1000の圧力である。そして、チャンバ
10内が所定の圧力になったならば、ガス導入口12を
介して四フッ素炭素(CF4 )や六フッ化硫黄(SF
6 )あるいは三塩化ホウ素(BCl3 )、四塩化炭素
(CCl4 )等のハロゲンを含む反応ガスをアルゴンガ
ス(Ar)などのキャリアガスとともに真空チャンバ1
0内に導入し、チャンバ10内を所定のスパッタ圧(例
えば、1Pa)に制御する。この状態で回転テーブル1
6を回転させながら高周波電圧をスパッタ電極24と回
転テーブル16、すなわちターゲット20と金属基材1
8との間に印加し、金属基材18の表面にスパッタによ
る銅などの金属のハロゲン化物による膜(層)を0.5
〜3μm成膜する。そして、所定時間スパッタによる成
膜を行ったならば、真空チャンバ10を大気圧に戻して
金属基材18を取り出す。これにより、金属基材18の
表面に金属ハロゲン化物層が形成されたロウ接用材料を
得ることができる。
層を設ける必要があれば、金属基材18を裏返しにして
同様の処理を行う。また、必要な部分だけにハロゲン化
物層を設けたい場合には、不要部をマスキングすること
により、必要個所のみにハロゲン化物層を設けることが
できる。
ハロゲンを含むガスのアルゴンガスに対する流量は、成
膜した膜の質、特にハロゲン化度を左右する重要な因子
であり、ハロゲンを含むガスの流量を増すことによって
膜のハロゲン化度が増加する。このハロゲン化度は、ハ
ンダの濡れ性を決定するパラメータであり、ハロゲン化
度の上昇に伴いハンダの濡れ性も向上し、やがてあるレ
ベルのハロゲン化度に達するとハンダの濡れ性は飽和す
る。すなわち、金属基材18あるいは成膜した膜の表面
のハロゲンの量とハンダの濡れ性との間には、ある範囲
において比例関係にある。金属基材18を構成する金属
の種類によって、その表面に含まれ得るハロゲンの許容
最大量が決定される。そして、金属基材18を構成する
金属の表面に、その金属の持つハロゲン許容最大量が添
加された時点で濡れ性も飽和モードとなると考えられる
ので、この飽和モード以上のハロゲンの量、すなわちハ
ロゲンを含むガスの供給は不要である。
低下、腐食などの問題があり、またほとんどが溶解性で
あるため、その添加量に注意する必要がある。例えば、
ハロゲンとしてフッ素を用いた場合、金属基材18に対
するフッ素の含有量の最適値は、体積%で50ppm〜
5%である。また、スパッタ成膜前の金属基材18の表
面状態、例えば表面の汚れや酸化物の有無などは、成膜
した膜の密着性などに影響を与えるため、スパッタ成膜
の前に逆スパッタを行って汚れや酸化物などを除去する
ことが望ましい。
ハロゲン化物層が金属基材18の表面を覆うため、金属
基材18の酸化を防止する。そして、ハンダ付け時の加
熱工程において、ハロゲン化物層のハロゲンが金属基材
18の内部に拡散、あるいは蒸発し、金属基材18およ
び金属ハロゲン化物のいままでハロゲンと結合していた
結合手がハンダを構成している金属と結合する。このた
め、フラックスを用いることなく良好なハンダの濡れ性
が得られ、接合性を改善することができるとともに、ハ
ンダの種類を選ばないハンダ付けが可能となる。従っ
て、例えばリードフレームや導線(銅線)、または回路
基板上の銅パターンなどにハロゲン化物を施すことで、
その後の酸化を防止できるばかりでなく、簡単なハンダ
付けが可能となる。また、ロウを用いたロウ付けにも同
様に適用することができる。
成膜する場合、金属とハロゲンとの比率を自由に変えら
れ、膜圧の制御も容易であって、濡れ性のよい条件を容
易に得ることができる。また、スパッタによる成膜は、
母材である金属基材18と異なった金属のハロゲン化
物、例えば銅やアルミニウムが金属基材である場合、タ
ーゲットに銀や錫を使用することにより、銀や錫などの
フッ化物や塩化物の層を金属基材の表面に容易に形成す
ることができる。
材18の表面にハロゲン化物膜を成膜するのにスパッタ
を用いた場合について説明したが、ハロゲンガス中にお
ける蒸着によって成膜してもよいし、ハロゲンをイオン
化して金属基材18に注入することにより、ハロゲン化
物層を形成してもよい。また、ハロゲン化物を含む溶液
に金属基材を浸漬し、または金属基材の表面にハロゲン
化物を含む溶液を刷毛などによって塗布し、それを加熱
乾燥もしくは自然乾燥させて成膜してもよい。この場
合、浸漬または塗布と乾燥とを複数回繰り返し、ハロゲ
ン化物層が充分な厚さ(0.5〜3μm)を有するよう
にすることが望ましい。
ロゲン化物を配置し、水などの適宜の溶媒によってハロ
ゲン化物を溶解したのち、自然乾燥させてハロゲン化物
層を形成してもよい。また、融解した銅やアルミニウム
などの溶融金属にハロゲン化物を添加して融解し、これ
を固化させてハロゲンを含有する金属にしてロウ接用材
料としてもよい。この場合、溶融金属に添加するハロゲ
ン化物は、溶融金属と同じ金属のハロゲン化物、例えば
溶融金属が銅である場合、フッ化銅や塩化銅などを添加
するとよい。また、黄銅などの合金の場合、その組成と
同じ金属のハロゲン化物を添加する。勿論、必要に応じ
て溶融金属と異なる金属のハロゲン化物を添加してもよ
い。ハロゲンの含有量は、体積%で5ppm〜5%であ
ることが望ましい。
った実施例を以下に説明する。
の回転テーブル16の上に、金属基材18として幅5m
m×長さ25mm×厚さ0.5mmの銅チップをセット
し、ターゲット20として99.9%の銅をスパッタ電
極24に取り付けたのち、真空排気口14から真空引き
をして真空チャンバ10内が0.1Paになるまで排気
した。その後、ガス導入口12から、アルゴン(Ar)
を300SCCM、四フッ化炭素(CF4 )を30SC
CM流し、スパッタ圧が1Paになるようにコントロー
ルした。この状態で、回転テーブル16を回転しなが
ら、高周波電圧をターゲット20と金属基材(銅チッ
プ)18との間に印加して成膜を行った。供給した高周
波電力は100Wである。そして、3分で高周波電力を
OFFにして、真空チャンバ10を大気圧に戻して銅チ
ップ18を取り出した。
1)のハンダの濡れ性を評価するために、成膜していな
い銅チップ(比較例1)、表面を逆スパッタによってク
リーニングして酸化膜を除去した銅チップ(比較例
2)、通常使用されているフラックスをつけたのちに乾
燥させた銅チップ(比較例3)との比較を行った。
〜3の各サンプル上にハンダボールを乗せ、大気圧(空
気中)で加熱リフローしてハンダボールの拡がりサイズ
を計測した。使用したハンダボールは、通常BGA実装
に用いられる千住金属工業株式会社製のスパークボール
S(商品名)であって、外径が0.74mm、組成は
錫が62.0〜64.0%、残成分が鉛からなる球状ハ
ンダである。比較結果を次表に示す。
1)に対して、表面の酸化物を除去した銅チップ(比較
例2)の方がハンダの濡れ性に優れている。
較例3)は、比較例1、2よりハンダの濡れ性がよい
が、実施例1の表面にフッ化銅を成膜した銅チップは、
比較例3よりさらにハンダの濡れ性に優れている。
のは、酸化膜によりハンダの濡れが悪くなり、酸化膜を
除去するとある程度の改善が見られる。ただし、酸化膜
を除去しただけでは、ハンダ付け時の熱によって空気中
の酸素により酸化されてしまうため、少ししか改善され
ない。従って、窒素リフロー下におけるハンダ付けを行
えば、より大きな改善効果が得られるものと思われる。
一方、実施例1と比較例3とは、銅チップの表面がフッ
化膜に覆われているため、ハンダ付け時の熱による酸化
を防ぐことができる。このことで、ハンダの濡れ性の大
幅な改善が行われる。また、フッ化膜で覆われた銅チッ
プの表面は、そのままの状態で長期保存が可能となる利
点を有している。すなわち、フッ化銅の層を設けた実施
例1は、フラックス等を用いなくともハンダによる接合
が可能であるばかりでなく、ロウ接用材料を酸化させる
ことなく保管できることを示している。
に溶かし50%溶液とし、これを金属チップ(5mm×
25mm×0.5mm)の表面に刷毛で塗り、拭き取り
を行うことなく自然乾燥させた。この工程を数度繰り返
し、表面にフッ化錫(SnOyFx)を成膜した試料を得
た。このフッ化錫層は、フッ化第一錫97%(粉状)を
金属チップ表面に配置し、これに水滴を垂らして溶解
し、その後に自然乾燥させることでも得ることができ
る。また、フッ化第一錫を溶かした溶液に金属チップを
浸漬し、それを引き上げて拭き取ることなく自然乾燥さ
せても、金属チップの表面にフッ化錫(SnOyFx)を
成膜することができる。この場合も浸漬と乾燥とを複数
回繰り返すことが望ましい。
たものは、処理していない銅、銅表面に錫メッキをした
もの、銅表面にパラジウムメッキをしたもの、銅表面に
銀メッキをしたもの、銅表面にハンダメッキをしたもの
であり、これらとフッ化錫層を有しない未処理品とのハ
ンダの濡れ性の比較を行った。比較の方法は、第1実施
例と同様にサンプルの上にハンダボールを配置して加熱
し、その拡がりを計測した。使用したハンダは、第1実
施例と同じものである。表2は、比較の結果を示したも
のである。
フッ化錫層を成膜した場合、特にハンダの濡れ性が改善
されるのは、錫メッキをしたもの、銀メッキをしたも
の、ハンダメッキをしたものである。何も処理していな
い銅とパラジウムメッキをしたものは、ハンダの濡れ性
が改善されてはいるが、錫メッキ、ハンダメッキ処理し
たものに比較してハンダの濡れ性の度合いが低い。これ
は、初期の表面酸化の影響、あるいはハンダ付け時の温
度により表面酸化された影響と考えられる。
にハロゲン化物層を設けることにより、また金属にハロ
ゲンを含有させることにより、ハロゲン化物が金属基材
の表面酸化を防止するとともに、ロウまたはハンダの濡
れ性を改善することができ、フラックスを用いることな
く容易にロウ接することができる。
方法の一例の説明図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 金属基材の表面にハロゲン化物層が設け
てあることを特徴とするロウ接用材料。 - 【請求項2】 前記ハロゲン化物層は、金属とハロゲン
との化合物からなることを特徴とする請求項1に記載の
ロウ接用材料。 - 【請求項3】 前記ハロゲン化物は、フッ素化物または
塩化物であることを特徴とする請求項1または2に記載
のロウ接用材料。 - 【請求項4】 金属中にハロゲンを含有させたことを特
徴とするロウ接用材料。 - 【請求項5】 前記ハロゲンは、フッ素または塩素であ
ることを特徴とする請求項4に記載のロウ接用材料。 - 【請求項6】 金属基材の表面に、スパッタまたは蒸着
によりハロゲン化物層を成膜することを特徴とするロウ
接用材料の製造方法。 - 【請求項7】 ハロゲン化物を含む溶液中に金属基材を
浸漬したのち、または前記金属基材に前記ハロゲン化物
を含む溶液を塗布したのち、乾燥させて前記金属基材の
表面にハロゲン化物層を成膜することを特徴とするロウ
接用材料の製造方法。 - 【請求項8】 金属基材の表面にハロゲン化物を配置し
て溶解したのち、乾燥させて前記金属基材の表面にハロ
ゲン化物層を成膜することを特徴とするロウ接用材料の
製造方法。 - 【請求項9】 溶融金属中にハロゲン化物を添加して融
解したのち、前記溶融金属を固化することを特徴とする
ロウ接用材料の製造方法。 - 【請求項10】 前記ハロゲン化物は、前記溶融金属と
同じ金属とハロゲンとの化合物であることを特徴とする
請求項9に記載のロウ接用材料の製造方法。 - 【請求項11】 前記ハロゲン化物は、フッ化物または
塩化物であることを特徴とする請求項6ないし10のい
ずれかに記載のロウ接用材料の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9162465A JPH1112716A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | ロウ接用材料およびその製造方法 |
US09/098,777 US6183883B1 (en) | 1997-06-19 | 1998-06-16 | Brazing or soldering material and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9162465A JPH1112716A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | ロウ接用材料およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1112716A true JPH1112716A (ja) | 1999-01-19 |
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ID=15755144
Family Applications (1)
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JP9162465A Pending JPH1112716A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | ロウ接用材料およびその製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH1112716A (ja) |
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