專利名稱：Au-Ga-In類釬料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及釬料和使用釬料的密封方法。本發(fā)明具體涉及各種電子元器件封裝的 氣密密封中所使用的釬料，提供密封時不會對封裝內(nèi)部的元件造成損傷且向基板安裝等時 不發(fā)生再熔化的具有合適的特性的釬料。
背景技術：
從保護內(nèi)部的元件的觀點來看，手機等各種電子設備中所使用的如SAW濾波器、 晶體振子等電子元器件被氣密密封于陶瓷等的封裝內(nèi)。作為封裝的密封用釬料，基于近年 來的環(huán)境保護的觀點而不斷地推進無鉛化，根據(jù)該觀點，一般使用Au-Sn釬料(特別是作為 共晶組成的Au-20重量％ Sn釬料)(專利文獻1)。Au-Sn釬料的熔點較低，為280°C左右， 所以具有封裝密封時可高效地進行密封作業(yè)的優(yōu)點。專利文獻1 日本專利特開2001-150182號公報Au-Sn釬料雖然具有在密封封裝作業(yè)時有利的特性，但也存在問題。該問題是將密 封后的封裝向基板安裝時產(chǎn)生的問題，因為安裝時的溫度接近Au-Sn釬料的熔點，所以釬 料受熱而再熔化，產(chǎn)生封裝的密封部分的剝離或滲漏。此外，除了封裝向基板安裝時以外， 為了修補電子設備而加熱基板來回收發(fā)生故障的部件時，還會存在此時的熱量可能破壞未 發(fā)生故障的其他部件的密封的問題。如上所述的釬料的再熔化是由于釬料的熔點低而產(chǎn)生的問題。于是，作為考慮到 上述問題的釬料，提出了若干種組成的釬料。例如，專利文獻2中提出了采用Au-Ge釬料、 特別是Au-12. 5% Ge釬料的技術方案。該Au-Ge釬料的熔點高于360°C。此外，專利文獻 3中還提出了由Au、Ge、Sn的三元系合金形成的釬料。專利文獻2 日本專利特開平7-151943號公報專利文獻3 日本專利特開2007-160；340上述的Au-Ge釬料、Au-Ge-Sn釬料的熔點都比Au-Sn釬料高，如果是這樣的熔點 較高的釬料，則密封后的再熔化的可能性減小。然而，Au-Ge釬料存在熔點過高的傾向，如果考慮到其熔點，必須使密封溫度達到 400°C以上。如果在這樣的高溫氣氛中進行密封，則封裝內(nèi)部的元件的熱損傷加劇，有時可 能會出現(xiàn)破損。另一方面，Au-Ge-Sn釬料與Au-Ge釬料相比，熔點被抑制得較低，可以說密封時對 組成造成損傷的問題少。但是，像Au-Ge-Sn釬料這樣的三元系合金可能會產(chǎn)生液相線與固 相線之間的溫度差的問題。該液相線與固相線的溫度差的大小對封裝密封時的操作性存在 影響。而且，雖然專利文獻3中將該溫度差設定為低于50度，但越低越好。發(fā)明的揭示本發(fā)明是在以上的背景下完成的發(fā)明，提供密封時不會對封裝內(nèi)部的元件造成損 傷且向基板安裝等時不發(fā)生再熔化的可在合適的溫度下熔化、液相線與固相線的溫度差也 低的釬料。具體來說，本發(fā)明提供其液相線和/或固相線高于280°C且在360°C以下、較好是液相線和固相線都在300 340°C的范圍內(nèi)且液相線與固相線的差低于45°C、較好是低 于40°C的釬料。本發(fā)明人為了解決上述課題而對由其構成元素為Au、Ga、In且這些元素合金化的 三元系合金形成的釬料的應用進行了研究。并且，發(fā)現(xiàn)具有規(guī)定的組成范圍的釬料，從而想 到了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明是下述釬料由Au-Ga-h三元系合金形成，這些元素的重量濃度位于 Au-GaHn三元系狀態(tài)圖中的以 A 點(Au :90%,Ga :10%,In :0%)、B 點(Au :70%,Ga :30%， In 0% )、C 點(Au :60%, Ga 0%, In 40% )、D 點(Au :80%,Ga 0%, In 20% )為頂點的 多邊形的區(qū)域內(nèi)，但所述區(qū)域不包括h、Ga為0%的線上的點。表示本發(fā)明的材料的組成的三元系狀態(tài)圖示于

圖1。本發(fā)明采用三元系合金的原 因在于，通過在Au中同時添加GaJn這2種元素，可以比二元系Au合金(Au-In、Au_Ga)更 有效地調(diào)整熔點。并且，通過使fe、In的添加量在上述區(qū)域內(nèi)的范圍中，可以將其熔點(液 相線、固相線)控制在優(yōu)選的范圍內(nèi)。此外，通過這樣的組成調(diào)整，還可以適度地降低液相 線與固相線的溫度差。此外，上述組成范圍內(nèi)的釬料可成為在加工性、硬度方面也良好的材 料。為了使如上所述的釬料的熔點、液相線與固相線的溫度差、加工性以及硬度更好， 由Au-GaHn三元系合金形成的釬料的元素的重量濃度較好是位于Au-GaHn三元系狀態(tài)圖 中的以 E 點(Au 86%, Ga 13%, In 1% F 點(Au 81%, Ga 17%, In 2% ),G 點(Au 79%, Ga 10%, In :11% )、H點(Au 84%, Ga 6%, In 10% )為頂點的多邊形的區(qū)域內(nèi)， 更好是位于Au-GaHn三元系狀態(tài)圖中的以I點(Au :85%，Ga :10%，In :5% )、J點(Au 80%, Ga 14%, In 6% )、G 點(Au :79%,Ga 10%, In 11% )、H 點(Au :84%,Ga 6%, In 10%)為頂點的多邊形的區(qū)域內(nèi)。具體為圖2的三元系狀態(tài)圖中所示的范圍內(nèi)的釬料。此外，本發(fā)明的三元系釬料可包含Sn、Ge、ai、Sb、Si、Bi、Al中的至少1種添加元 素。這些添加元素為了釬料熔點的微調(diào)和浸潤性的改善而添加。該添加元素的含量較好是 0. 001 3. 0重量％，更好是0. 01 3. 0重量％，進一步更好是0. 1 3. 0重量％。另外，本發(fā)明的釬料較好是其材料組織由自熔融狀態(tài)的急冷凝固組織形成。這是 因為通過采用由急冷凝固得到的微細的晶粒形成的材料組織，浸潤性得到改善。該急冷凝 固組織與浸潤性的改善的關系并不清楚，不過通過采用這樣的組織，雖然液相線、固相線等 熔融特性沒有變化，但存在熔化后的浸潤擴散得到改善的傾向。用于獲得該急冷凝固組織 的冷卻速度較好是2000 5000°C /分鐘。本發(fā)明的釬料能夠以板狀、箔狀、粒狀、球狀、粉末狀、糊狀中的任一種形態(tài)使用。 例如，為了形成球狀形態(tài)時，可以使用與一般的釬料同樣的方法。此外，考慮到密封的封裝 構件的形狀，還可以采用窗框形狀。另外，本發(fā)明的釬料的制造中，沒有特別困難的工藝，可 與通常的Au合金同樣用熔化鑄造法制造。此外，其加工方面，對于板狀、箔狀的釬料，可以 經(jīng)過軋制加工和根據(jù)需要采用的沖切加工等來進行加工，所得的軋制材料可以容易地進行 加壓沖切加工和切口加工，能夠獲得環(huán)狀和帶狀等規(guī)定的形狀。另外，對于粒狀、球狀的釬料，可以自熔融狀態(tài)通過噴散法、旋轉電極法、油中造粒 法、液滴噴霧法等來制造。還有，如上所述，為了獲得用于改善釬料的浸潤性的急冷凝固組 織，對于板狀、箔狀的釬料，可通過采用冷卻鑄型的凝固來制造，對于粒狀、球狀的釬料，可通過控制制造條件(液滴直徑的調(diào)整等)來制造。本發(fā)明的釬料適合于封裝構件的氣密密封。作為密封用封裝構件，有成為蓋體的 蓋(罩)和收納元件的基體，較好是在其中的任一方具備本發(fā)明的由合金形成的釬料。將 釬料固定于封裝構件時，將釬料承載于構件，在加熱氣氛中使釬料熔化、凝固來熔接。還有， 關于封裝部件的材質(zhì)，蓋一般使用科伐合金O^e-Ni-Co系合金)、42合金O^e-Ni系合金)， 基體使用陶瓷制的材料。此外，使釬料熔接時，為了改善釬料的浸潤性等目的，在熔接面預 先實施鍍Ni和/或鍍Au。本發(fā)明的釬料對于預先具備這些鍍層的封裝構件也可以熔接。另外，作為使用本發(fā)明的釬料、封裝構件的封裝的氣密密封方法，較好是使密封溫 度達到360°C以上且低于400°C、較好是380°C以下來接合封裝構件。如上所述，本發(fā)明的釬料具有合適的熔融特性，適合作為用于封裝密封的釬料。另 外，液相線與固相線的溫度差得到改善，操作性也良好。此外，本發(fā)明的釬料的加工性也好， 還可以加工成要求小型化、薄型化的封裝用釬料。附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明的材料的組成的Au-GaHn三元系狀態(tài)圖。圖2是表示本發(fā)明的材料的優(yōu)選組成、更優(yōu)選的組成的Au-GaHn三元系狀態(tài)圖。圖3是Au-Ga-In三元系釬料(Au :82%,Ga 10%, In 8% )的浸潤性評價圖。實施發(fā)明的最佳方式以下，對本發(fā)明的實施方式和比較例進行說明。本實施方式中，制造由圖1的區(qū)域 內(nèi)外的各種組成的Au-GaHn合金形成的釬料和在Au-GaHn合金中添加了 Sn的釬料，研究 各釬料的特性。試樣的制造中，將按照規(guī)定的組成稱量的各金屬熔化、鑄造，進行軋制加工， 制成厚50 μ m的釬料。對于制成的各釬料，先對硬度、加工性和熔融特性(液相線、固相線)進行了評 價。對于硬度，通過維氏硬度計評價；加工性的評價中，對于加工后的釬料，通過體視顯微鏡 (10倍)觀察是否產(chǎn)生裂縫、龜裂，無裂縫和龜裂而可加工的試樣評價為良好，發(fā)現(xiàn)裂縫或 龜裂的試樣評價為不良。此外，對于熔融特性，通過差示熱分析進行測定。這些結果示于表 1。還有，為了進行對比，也對不含^1的411-6乂15.2%)進行了該評價(試樣編號12)。[表 1]
權利要求
1.一種釬料，其特征在于，由Au-Ga-h三元系合金形成，這些元素的重量濃度位于 Au-GaHn三元系狀態(tài)圖中的以 A 點(Au :90%,Ga :10%,In :0%)、B 點(Au :70%,Ga :30%， In 0% )、C 點(Au :60%, Ga 0%, In 40% )、D 點(Au :80%,Ga 0%, In 20% )為頂點的 多邊形的區(qū)域內(nèi)，但所述區(qū)域不包括h、Ga為0%的線上的點。
2.如權利要求1所述的釬料，其特征在于，Au-Ga-In三元系合金的元素的重量濃度位 于 Au-GaHn 三元系狀態(tài)圖中的以 E 點(Au 86%, Ga 13%, In 1% )、F 點(Au 81%, Ga 17%, In 2% )、G 點(Au :79%,Ga 10%, In 11% )、H 點(Au :84%,Ga 6%, In 10% )為 頂點的多邊形的區(qū)域內(nèi)。
3.如權利要求1或2所述的釬料，其特征在于，Au-Ga-In三元系合金的元素的重量濃 度位于Au-GaHn三元系狀態(tài)圖中的以I點(Au :85%，Ga :10%，In :5% )、J點(Au 80%, Ga 14%, In 6% )、G 點(Au :79%,Ga :10%,In 11% )、H 點(Au :84%,Ga :6%,In 10% ) 為頂點的多邊形的區(qū)域內(nèi)。
4.如權利要求1 3中的任一項所述的釬料，其特征在于，還包含Sn、Ge、Zn、Sb、Si、 Bi、Al中的至少1種添加元素。
5.如權利要求4所述的釬料，其特征在于，添加元素的添加量為0.001 3. 0重量％。
6.如權利要求1 5中的任一項所述的釬料，其特征在于，其材料組織由自熔融狀態(tài)的 急冷凝固組織形成。
7.一種氣密密封用封裝部件，其特征在于，具備權利要求1 6中的任一項所述的釬料。
8.—種密封方法，其特征在于，使用權利要求1 6中的任一項所述的釬料。
全文摘要
本發(fā)明提供密封時不會對封裝內(nèi)部的元件造成損傷且向基板安裝等時不發(fā)生再熔化的可在合適的溫度下熔化、液相線與固相線的溫度差也低的釬料。本發(fā)明是下述釬料由Au-Ga-In三元系合金形成，這些元素的重量濃度位于Au-Ga-In三元系狀態(tài)圖中的以A點(Au90％，Ga10％，In0％)、B點(Au70％，Ga30％，In0％)、C點(Au60％，Ga0％，In40％)、D點(Au80％，Ga0％，In20％)為頂點的多邊形的區(qū)域內(nèi)，但所述區(qū)域不包括In、Ga為0％的線上的點。
文檔編號B23K35/30GK102083582SQ200980124879
公開日2011年6月1日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月24日
發(fā)明者宮崎兼一, 島田知宏, 谷口浩康 申請人:田中貴金屬工業(yè)株式會社