導(dǎo)電性密合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及Sn-Zn-In-Sb系導(dǎo)電性密合材料，特別涉及能夠與玻璃、陶瓷等無(wú)機(jī) 非金屬直接粘接的Sn-Zn-In-Sb系導(dǎo)電性密合材料。本發(fā)明中，所謂"密合材料"是指具有 下述特性的材料：與基體的表面密合后保持其粘接力，但通過實(shí)施加熱等任意處理能夠人 為地剝離而不會(huì)污染接合界面。本發(fā)明的導(dǎo)電性密合材料為合金，因而與焊料同樣地，通過 熔融與基體的表面密合。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為近年來實(shí)用化的無(wú)鉛焊料合金，廣泛使用Sn-Ag-Cu焊料合金。對(duì)于Sn-Ag-Cu 焊料合金而言，焊料合金中的Sn與電極的Cu相互擴(kuò)散而形成金屬間化合物，由此與電極接 合。這樣的現(xiàn)有的無(wú)鉛焊料合金介由Cu電極和金屬間化合物被接合，因此顯示高接合強(qiáng) 度。
[0003] 然而，近年來要求電子設(shè)備的小型化，迫使其中使用的電子部件也小型化。由于電 子部件的小型化，焊料接頭的小型化也變得必要。因此，焊料接頭所使用的焊料合金的用量 減少，焊料接頭的接合強(qiáng)度下降。所以，期望提高焊料接頭的接合強(qiáng)度。另外，根據(jù)電子設(shè) 備，焊料接頭的被接合部的材質(zhì)也有時(shí)不是Cu、Ni等金屬、而是玻璃、陶瓷這樣的無(wú)機(jī)非金 屬。對(duì)無(wú)機(jī)非金屬進(jìn)行軟釬焊的情況，當(dāng)然也要求高接合強(qiáng)度。
[0004] 現(xiàn)有的Sn-Ag-Cu焊料合金中，被接合部的材質(zhì)為玻璃、陶瓷等無(wú)機(jī)非金屬的情況 下，構(gòu)成無(wú)機(jī)非金屬的元素和構(gòu)成焊料合金的元素不相互擴(kuò)散，因此，實(shí)質(zhì)上未形成金屬間 化合物。因此，難以使Sn-Ag-Cu焊料合金與無(wú)機(jī)非金屬接合。即使一邊施加超聲波一邊要 將Sn-Ag-Cu焊料合金與無(wú)機(jī)非金屬接合，Sn-Ag-Cu焊料合金也容易從被接合部剝落。
[0005] 因此，作為用于與無(wú)機(jī)非金屬接合的無(wú)鉛焊料，有時(shí)可以使用Sn-Zn焊料合金。與 Sn-Ag-Cu焊料合金相比，Sn-Zn焊料合金對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬的潤(rùn)濕性比較好。但是，由于Sn 與Zn幾乎不固溶，所以分別在焊料合金中以單質(zhì)形成相。因此，若施加來自外部的應(yīng)力，則 應(yīng)力易集中于Sn單質(zhì)相，焊料合金的強(qiáng)度下降，接合強(qiáng)度劣化。
[0006] 對(duì)于如上所述的接合強(qiáng)度的劣化，例如專利文獻(xiàn)1中，進(jìn)行了以下研宄：使用施加 超聲波的烙鐵，使Sn-Zn焊料合金中含有In、Sb等，由此改善與無(wú)機(jī)非金屬的接合強(qiáng)度。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-082199號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的問題
[0011] 但是，專利文獻(xiàn)1的實(shí)施例所研宄的焊料合金中，含有Sn、Zn、In及Sb的全部的焊 料合金中In的含量為18%以上，因此接合強(qiáng)度劣化。對(duì)于In而言，若向焊料合金中添加某 程度的量，則形成γ-Ιη相、γ-SnIn相。若從外部施加應(yīng)力，則應(yīng)力集中于這些相，焊料合 金自身的強(qiáng)度劣化。如此，含有18%以上In的焊料合金中，可靠性產(chǎn)生問題。這意味著有 可能在通常的使用環(huán)境中導(dǎo)致接合界面的斷裂等重大的問題。
[0012] 另外，通常而言，對(duì)于形成有電極的基板等，在后續(xù)工序中由于模壓等，再次被暴 露在150°C左右的高溫下，同時(shí)供給各種模壓樹脂。模壓樹脂、溶劑成分附著于焊料表面時(shí)， 對(duì)于專利文獻(xiàn)1記載的焊料合金而言，無(wú)機(jī)非金屬與焊料合金的接合強(qiáng)度顯著下降，有時(shí) 無(wú)法滿足剝離試驗(yàn)中的可靠性。
[0013] 如此，專利文獻(xiàn)1中雖具體公開了 Sn-Zn-In-Sb系焊料合金，但I(xiàn)n的含量不恰當(dāng)。 因此，關(guān)于專利文獻(xiàn)1中公開的焊料合金，即使在專利文獻(xiàn)1公開的試驗(yàn)中得到了具有充分 接合強(qiáng)度的結(jié)果，在由于目前要求的電子部件的小型化導(dǎo)致焊料接頭也小型化那樣的情況 下，通過小型化而減少了焊料合金的用量時(shí)，也難以認(rèn)為具有充分的接合強(qiáng)度。另外，僅暴 露在高溫下，覆膜的接合界面的可靠性降低。
[0014] 本發(fā)明的課題在于提供一種Sn-Zn-In-Sb系導(dǎo)電性密合材料，所述Sn-Zn-In-Sb 系導(dǎo)電性密合材料與無(wú)機(jī)非金屬的粘接強(qiáng)度高，即使暴露在高溫下耐剝離性等可靠性也優(yōu) 異，可用于與玻璃之類的對(duì)于熱沖擊弱的無(wú)機(jī)非金屬的粘接。
[0015] 用于解決問題的方案
[0016] 以往的與金屬表面的焊料接合中，認(rèn)為需要形成金屬間化合物。針對(duì)于此，本發(fā)明 人等基于下述構(gòu)思進(jìn)行了深入研宄：對(duì)于與無(wú)機(jī)非金屬的導(dǎo)電性接合中使用的導(dǎo)電性密合 材料，改善其潤(rùn)濕性，導(dǎo)電性密合材料和無(wú)機(jī)非金屬之間主要通過范德華力的作用而使導(dǎo) 電性密合材料與無(wú)機(jī)非金屬密合。這是基于以下的理由。
[0017] 無(wú)機(jī)非金屬中，特別是玻璃、氧化物型陶瓷中，氧和各種元素主要通過共價(jià)鍵鍵 合。因此，如與Cu等金屬接合的情況那樣，由于導(dǎo)電性密合材料的成分與Cu的金屬鍵合， 不會(huì)引起接合。另外，玻璃、陶瓷的熔點(diǎn)（或軟化點(diǎn)）高，一般在進(jìn)行軟釬焊的溫度即200°C 左右不會(huì)熔融或軟化。例如，石英玻璃的軟化點(diǎn)為1600°C左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于導(dǎo)電性密合材料的 熔點(diǎn)。換言之，在導(dǎo)電性密合材料的熔融溫度附近的溫度，玻璃不會(huì)軟化。因此，認(rèn)為導(dǎo)電 性密合材料與無(wú)機(jī)非金屬即使發(fā)生化學(xué)鍵合，通過化學(xué)鍵合而接合的區(qū)域也不會(huì)波及接合 界面的整個(gè)區(qū)域，而限于一部分區(qū)域。如果是這樣，粘接強(qiáng)度局部變得非常低，無(wú)法在整個(gè) 接合界面獲得同樣的粘接強(qiáng)度。
[0018] 因此，本發(fā)明人等研宄了 Sn-Zn-In-Sb系焊料合金的In的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過改 善導(dǎo)電性密合材料對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬的潤(rùn)濕性，同時(shí)為了提高導(dǎo)電性密合材料其自身的強(qiáng)度 而使In含量最優(yōu)化，從而粘接強(qiáng)度飛躍性提高。進(jìn)而，發(fā)現(xiàn)了通過使該In的含量最優(yōu)化， 即使暴露在高溫下，也難以引起導(dǎo)電性密合材料的剝離，接合部的可靠性提高，從而完成了 本發(fā)明。
[0019] 此處，本發(fā)明如下所述。
[0020] (1) 一種導(dǎo)電性密合材料，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，具有以下合金組成：Zn: 0· 1 ~15%，In :2 ~16%，Sb :大于 0%且 2% 以下，Ag :0 ~2%，Cu :0 ~1%，總計(jì) 0 ~ 0. 15 %的選自由Ba、Ti及Ca組成的組中的至少一種，及剩余部分為Sn。
[0021] (2)根據(jù)上述⑴所述的導(dǎo)電性密合材料，其中，以質(zhì)量％計(jì)，含有Ag :0.1~2% 及Cu :0. 1~1%中的至少一者。
[0022] (3)根據(jù)上述⑴或⑵所述的導(dǎo)電性密合材料，其中，以質(zhì)量％計(jì)，含有總計(jì) 0.01~0. 15%的選自由Y、Ba、Ti及Ca組成的組中的至少一種。
[0023] (4) 一種上述⑴~上述（3)中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性密合材料在與無(wú)機(jī)非金屬 的連接中的應(yīng)用。
[0024] (5) -種覆膜，其由上述⑴~上述（3)中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性密合材料形成。
[0025] (6)根據(jù)上述（5)所述的覆膜，其與無(wú)機(jī)非金屬的表面密合。
[0026] (7) -種粘接方法，其特征在于，使用上述（1)~上述（3)中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電 性密合材料。
[0027] (8)根據(jù)上述（7)所述的方法，其中，被粘物為無(wú)機(jī)非金屬材料。
[0028] (9)根據(jù)上述（7)或上述（8)所述的方法，其中，一邊在使上述導(dǎo)電性密合材料熔 融的同時(shí)施加超聲波，一邊進(jìn)行粘接。
[0029] 本發(fā)明中，所謂"導(dǎo)電性密合材料"是指具有以下特性的導(dǎo)電材料：通過熔融使金 屬材料與基材粘接后，對(duì)粘接界面實(shí)施加熱等特定的處理，由此能夠從基材剝離而不污染 粘接界面。另外，所謂"不污染"是指在剝離后導(dǎo)電性密合材料的金屬膜在粘接界面無(wú)殘留。
[0030] 發(fā)明的效果
[0031] 本發(fā)明的導(dǎo)電性密合材料與無(wú)機(jī)非金屬的粘接強(qiáng)度優(yōu)異，高溫暴露后的粘接強(qiáng)度 下降少，因此能夠?qū)崿F(xiàn)與無(wú)機(jī)非金屬表面的可靠性高的接合。由于該導(dǎo)電性密合材料與無(wú) 機(jī)非金屬的接合主要是基于范德華力，所以通過加熱至導(dǎo)電性密合材料的熔點(diǎn)以上的溫 度，能夠在不污染粘接界面的情況下剝離。進(jìn)而，由于本發(fā)明的導(dǎo)電性密合材料在不需要時(shí) 可以剝離，所以可以為再利用性優(yōu)異、對(duì)環(huán)境友好的材料。
【附圖說明】
[0032] 圖1為將劃格試驗(yàn)結(jié)果和剝離試驗(yàn)結(jié)果以與In含量的關(guān)系的形式表示的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下更詳細(xì)地說明本發(fā)明。本說明書中，關(guān)于導(dǎo)電性密合材料的合金組成的" ％ "， 只要沒有特別指定，就為"質(zhì)量％ "。
[0034] 本發(fā)明的導(dǎo)電性密合材料中，對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬的潤(rùn)濕性高、與導(dǎo)電性密合材料其 自身的強(qiáng)度高這兩者協(xié)同，對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬的粘接強(qiáng)度飛躍性地提高。
[0035] 若潤(rùn)濕性提高，則導(dǎo)電性密合材料與無(wú)機(jī)非金屬的接觸面積增加。若接觸面積增 加，則導(dǎo)電性密合材料與無(wú)機(jī)非金屬之間主要起作用的范德華力變大。因此，導(dǎo)電性密合材 料與無(wú)機(jī)非金屬的粘接強(qiáng)度提高。
[0036] 若導(dǎo)電性密合材料其自身的強(qiáng)度低，則導(dǎo)電性密合材料由于外部的應(yīng)力而容易變 形。其結(jié)果，在剝離劃格試驗(yàn)中制作的導(dǎo)電性密合材料的方格時(shí)，由于方格的變形使得應(yīng)力 在變形了的地方集中，導(dǎo)電性密合材料容易剝離。如果導(dǎo)電性密合材料的強(qiáng)度高，則劃格試 驗(yàn)中剝離方格時(shí)施加到方格的應(yīng)力被分散，因此顯示