JP2002160090A - Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材及びＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎよりなり、６００℃以下
の融点を有するろう材であって、常温での加工が可能な
ものを提供することを目的とする。 【解決手段】本発明は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎからなり、融
点が６００℃以下であるＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材であ
って、Ｉｎをマトリクスとし、該Ｉｎマトリクス中にＡ
ｇＣｕ合金からなる１種の分散相、又は、Ａｇからなる
分散相とＣｕからなる分散相との２種の分散相、が略均
一に分散されてなるＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材である。
ここで、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎの混合比率は各々、Ａｇ：１
０〜７０％、Ｃｕ：１０〜７０％、Ｉｎ：２０〜６０％
（いずれも重量％）とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ
系ろう材に関する。詳しくは、凝固後の再溶融時の融点
が３００〜６００℃となるように調製されたＡｇ−Ｃｕ
−Ｉｎ系ろう材であって、常温での加工性が良好なろう
材に関する。

【０００２】

【従来の技術】ろう付け法は、接合部材間に接合材料と
してろう材を加熱、溶融して接合部の隙間に流入させて
接合する接合方法であり、ろう材を適宜選択することに
より、接合部材の種類、接合の形式等に適した接合温度
を自由に選択することができることが利点である。従っ
て、ろう材の選択の際にはその融点の値が重要となる。

【０００３】一般的にろう材は、軟ろう（いわゆるはん
だ）といわれる低融点のものと、硬ろうといわれる高融
点のものとに区別されているが、軟ろうは融点４５０℃
以下であり、一方の硬ろうについてはその多くが融点６
００℃以上であることから、これらの中間となる６００
℃以下の融点を有するろう材は少ない。しかし、例え
ば、ステップろう付け法のように、複数の部材を積層さ
せて段階的に接合するために種々の融点を有する複数種
のろう材が必要となる場合や、接合部材の融点によって
は、このような６００℃以下の融点を有するろう材が必
要となる。

【０００４】このような６００℃以下の融点を有するろ
う材としては、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系の３元系合金よりな
るろう材が知られている。この３元系合金からなるろう
材は、低融点のＩｎをＡｇ−Ｃｕ系ろう材（銀ろう）に
合金化することで、銀ろうの融点を低下させ、融点を３
００〜６００℃に調節したものである。

【０００５】ところで、通常のろう材は、各構成元素を
所定組成で溶解、混合し鋳造することで合金化した後、
線状、薄板状、粉末状の各種形状に成形されているが、
接合効率等を考慮して線状又は薄板状の形状が一般的に
は採用されている。また、このように成形されたろう材
は、更に切断、打ち抜き加工等を行ない接合する材料の
形状に合わせた形状に加工されて使用されることも多
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｇ−
Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材については、常温での加工性が悪い
という問題がある。これは、この３元系合金において
は、合金化した際に硬くて脆い金属間化合物が形成され
やすいことによるものであり、この金属間化合物が存在
した状態で鋳造後の合金を線状又は薄板状に加工する場
合、加工が困難となるばかりでなく、割れが生じやすく
なる。そのため、この３元系合金よりなるろう材につい
ては、その製造過程及び使用時に加工して形状を制御す
ることが不可能であり、粉末状で供給せざるを得ない。
更に、粉末状のろう材は、その使用にあたってバインダ
ー、フラックスを混合させてペースト状とすることが必
要となるため、接合工程が煩雑となることとなる。

【０００７】本発明は、以上のような背景の下になされ
たものであり、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎよりなり、６００℃以
下の融点を有するろう材であって、常温での加工が可能
なものを提供することを目的とする。また、このろう材
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願請求項1記載の発明
は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎからなり、融点が６００℃以下で
あるＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材であって、Ｉｎをマトリ
ックスとし、該Ｉｎマトリックス中にＡｇＣｕ合金から
なる１種の分散相、又は、Ａｇからなる分散相とＣｕか
らなる分散相との２種の分散相、が略均一分散されてな
るＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材である。

【０００９】本発明は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎが溶解、合金
化することで金属間化合物を形成することに鑑み、使用
前の加工の際においては金属間化合物が存在しないよう
に、ＩｎとＡｇ、Ｃｕとを分離させておき、使用時（溶
融時）において合金化が生じるようにしたものである。
ここで、分散相としてＡｇ、ＣｕのみならずＡｇＣｕ合
金を対象とするのは、Ａｇ−Ｃｕ系においては合金化し
ても金属間化合物を生成することがないことによるもの
である。

【００１０】かかる構成を有する本発明に係るろう材
は、脆い金属間化合物を内在せず、更に、マトリックス
相となるＩｎが加工性に優れていることから、常温で加
工可能であり接合効率又は接合部材に併せて所望の形状
に容易に加工することができる。特に、薄板状や線状と
いった高い加工率で加工するのが必要な場合、加工初期
においてはマトリックスであるＩｎが塑性変形し、加工
後期において分散相であるＡｇＣｕ合金相又はＡｇ相と
Ｃｕ相とが変形することとなり、加工の進行に伴い２段
階の変形機構によりこのろう材は任意の形状に変形する
ことが可能となる。

【００１１】そして、本発明に係るろう材は、分離して
存在するマトリックス相の融点と分散相の融点とが異な
ることから、溶融する際には最も融点の低いＩｎがまず
溶解し、その後Ｉｎより融点の高いＡｇＣｕ合金、又は
Ａｇ、Ｃｕが溶解することとなる。本発明では、このＡ
ｇＣｕ合金、又はＡｇ、Ｃｕを略均一に分散させておく
ことにより、分散相の溶融を促進すると共に、溶融過程
において均一な合金化が生じるようにしている。そし
て、これにより凝固後（接合後）のろう材は均質なＡｇ
ＣｕＩｎ合金となり、その融点は通常のＡｇＣｕＩｎ合
金と同様の幅の少ないほぼ一定の融点を示すこととな
る。

【００１２】尚、ここでの分散相の形状は特に限定され
るものではなく、ろう材中に不連続かつ略均一に点在し
得るものであれば、断面円形、楕円形のものから針形状
のものであっても良い。特に、製造工程後においては比
較的厚みのあるろう材であったものを、圧延加工等によ
り薄板状とした場合、加工に伴い分散相も変形すること
となり、例えば成形時には粒状の分散相が加工により楕
円形状又は針状となる。

【００１３】そして、本発明においては、その融点に加
えて加工性を考慮してその組成、特にＩｎの濃度が決定
される。このＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ３元系合金においては、
Ｉｎは合金全体の融点を低下させると共に、最も柔かい
金属であり分散相のバインダーとしてろう材の加工性を
確保するという作用も有する。即ち、Ｉｎ濃度を高くす
ることによりろう材の加工性が良好となる一方で、Ｉｎ
濃度が高すぎるとろう材の融点が低くなりすぎることと
なるからである。本発明者等によれば、本発明のＡｇ−
Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材において、各構成元素の配合比とし
ては、請求項２記載のように、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎが各
々、Ａｇ：１０〜７０％、Ｃｕ：１０〜７０％、Ｉｎ：
２０〜６０％（いずれも重量％）の比率で混合とするの
が好ましい。そして、この際加工性を特に良好なものと
するには、Ｉｎを３０％以上含有させるのが好ましい。

【００１４】また、分散相としては、Ａｇ、Ｃｕが単独
金属の状態で分散する場合と、ＡｇＣｕ合金が分散する
場合があるが、より好ましいものとしては、ＡｇＣｕ合
金が分散したものが好ましい。両者を合金化することに
よりＡｇ、Ｃｕ単独の場合よりも分散相の融点が低下す
ることから、マトリックスであるＩｎとの融点の差が小
さくなり、接合時のろう材の溶融温度幅を小さくし、そ
の際の合金化をより促進することができるからである。

【００１５】そして、分散相をＡｇＣｕ合金としたとき
には、このＡｇＣｕ合金の組成をＣｕ１０〜７０重量％
とし、ＡｇＣｕ合金相の濃度をこの範囲とした場合、請
求項２記載のＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎの組成を具備するために
は、この分散相とＩｎとを４：６〜８：２の比率で混合
することが好ましい。

【００１６】次に本発明に係るＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう
材の製造方法について説明する。既に述べたように、本
発明に係るろう材はＩｎマトリックス中に分散相として
ＡｇＣｕ合金又はＡｇ、Ｃｕが均一に分散していること
が求められる。そのための手法としては、Ｉｎの融点が
比較的低温であることから、溶融Ｉｎ中にＡｇＣｕ合金
粉末又はＡｇ粉末とＣｕ粉末とを投入、攪拌して分散相
を分散させつつ鋳造する方法も考えられるが、如何にＩ
ｎが低融点で溶融Ｉｎの温度が比較的低温であっても、
溶融Ｉｎ中にＡｇＣｕ合金又はＡｇとＣｕとを投入した
場合、Ｉｎと分散相との界面においてわずかながら合金
化が生じ金属間化合物が生成される。そこで、本発明者
等は、分散相を均一分散させると共に合金化を全く生じ
させることなくＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎを混合させる方法とし
て、各金属の粉末を混合して冷間で圧縮成形する方法が
適当であるとした。即ち、請求項４記載のように、Ｉｎ
粉末とＡｇＣｕ合金粉末とを、又は、Ｉｎ粉末とＡｇ粉
末とＣｕ粉末とを混合して混合粉末とし、該混合粉末を
常温でプレス成形するものである。

【００１７】この製造方法によれば、ろう材の組成の調
整は各粉末の重量を調整することで可能となるため比較
的容易であり、また、混合粉末を製造する工程において
その混合を十分行なうことによりＡｇＣｕ粉末又はＡｇ
粉末、Ｃｕ粉末を均一に分散させて成形後の分散相を均
一分散させることができる。更に、Ｉｎは軟らかい金属
であることから、常温でのプレス成形のみによっても、
粉末同士が結合し緻密なろう材を製造することができ
る。

【００１８】ここで、原料となる各金属の粉末の粒径に
は特に制限はないが、分散相となるＡｇＣｕ粉末又はＡ
ｇ粉末とＣｕ粉末については、その粒径が５〜１５０μ
ｍの範囲のものを用いるのが好ましい。本発明に係るろ
う材は、例えば、１００μｍ以下の箔状に加工されるこ
とがあるが、分散相として５μｍ以下の粉末を原料とし
た場合、成形後のろう材を高加工率で加工することが困
難となり、高加工率が要求される箔状に加工することは
できないからである。これは、分散相粒子の粒径があま
りに細かくなると、Ｉｎマトリックスと分散相とが接す
る表面積が増加し、加工の際のマトリックスの変形時に
Ｉｎマトリックスと分散相との界面の摩擦力が大きくな
るためと考えられる。一方、分散相として１５０μｍ以
上の粉末を原料とした場合には、分散相を構成する粉末
の均一な混合が困難となるからである。そして、このよ
うなろう材の加工率を考慮すれば、分散相を構成するＡ
ｇＣｕ粉末又はＡｇ粉末とＣｕ粉末の粒径は５０〜９０
μｍとするのが特に好ましい。尚、マトリックスを構成
するＩｎ粉末については、特にその粒径を考慮する必要
はない。また、各粉末の製造方法については、特に限定
されるものではなく、粉砕法、アトマイズ（ガスアトマ
イズ法、水アトマイズ法）等いずれの方法により製造さ
れた粉末をも使用することができる。

【００１９】また、混合粉末をプレス成形する際の圧縮
応力としては、２５０〜７５０ＭＰａとするのが好まし
い。２５０ＭＰａ以下であると緻密で完全な成形体を製
造することができないからであり、７５０ＭＰａ以上の
圧縮応力を生じさせるためには大掛かりな設備が必要と
なり、製品のコストを上昇させることとなるからであ
る。

【００２０】以上の方法により製造されるろう材の形
状、寸法は原料粉末を圧縮する際のダイス形状により調
整可能である。しかし、薄板状又は線状のろう材を効率
的に製造するためには、成形後のろう材を圧延加工又は
線引き加工するのが好ましい。本発明に係るろう材は常
温での加工性が良好であるから、プレス成形の際にイン
ゴット状又はビレット状の大きな成形体を製造し、これ
を加工した方が薄板状又は線状のろう材を連続的に大量
生産することができる。

【００２１】また、プレス成形後のろう材を圧延する際
には、圧延ロールとして溝付ロールを用いるのが好まし
い。成形後のろう材は緻密ではあるが、粉末を原料とし
ていることから端部には微小な凹凸があるため、平ロー
ルで圧延する場合、端部に局所的な応力集中が生じ割れ
が発生するおそれがあることから、これを防止するため
である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
説明する。

【００２３】第１実施形態：分級処理により得られた５
０〜９０μｍ（平均粒径５０μｍ）のＡｇ−４７．１ｗ
ｔ％Ｃｕ粉末６２０ｇと、３２５ｍｅｓｈ以下（平均粒
径３０μｍ）のＩｎ粉末３８０ｇとを、Ｖ字型混合器に
より混合し（混合比 ６２：３８）、原料粉末を製造し
た。ここで、各粉末の製造方法は、いずれの粉末もアト
マイズ法である。そして、この原料粉末を十分攪拌、混
合し、内径５０ｍｍの金型に入れ、１５０ｔｏｎ（圧縮
応力：７４８．７ＭＰａ）でプレス成形してインゴット
とした。

【００２４】このように成形したインゴットを押出機に
て、幅３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍに押出し加工して、更
に、圧延機で厚さ３０μｍの箔状に加工した。

【００２５】このろう材の断面組織を図１及び図２に示
す。図１はＡｇ-４７．１ｗｔ％Ｃｕ粉末とＩｎ粉末と
を混合しプレス成形した後の断面組織を示す。図１中の
球形状の相がＡｇＣｕ粉末である。一方、図２は、プレ
ス成形後に圧延加工を行なったろう材の断面組織であ
る。図２より、圧延加工後のろう材断面は、プレス成形
時の断面形状を保ち、分散相がほぼ均一に分散してい
る。

【００２６】第２実施形態：この実施形態では第１実施
形態で分散相として用いたＡｇ-４７．１ｗｔ％Ｃｕ粉
末に替えてＡｇ-２８．０ｗｔ％Ｃｕ粉末を用い、同様
の工程によりろう材を製造した。Ａｇ-２８．０ｗｔ％
Ｃｕ粉末及びＩｎ粉末の重量は第１実施形態と同様であ
る。また、各粉末を混合後の圧縮応力等の製造条件も第
１実施形態と同様とした。

【００２７】このようにして製造した、第１及び第２実
施形態に係るろう材について加工後及び溶解凝固後に再
溶融させたときの融点をＤＴＡ分析（示差熱分析）にて
測定した。

【００２８】まず、第１実施形態に係るろう材の融点を
測定したところ、製造後のろう材は、１５０℃で溶融し
始め、５６０℃で完全に溶融することが確認された。そ
して、この溶融したろう材を凝固させ再度加熱したとこ
ろ４７０〜５８０℃近傍で溶解し、製造後のものより狭
い温度範囲で溶解することが確認された。

【００２９】また、第２実施形態に係るろう材について
も同様にその融点を測定したところ、第１実施形態と同
様に製造後のろう材は、１５０℃で溶融し始め、５６０
℃で完全に溶融した。そして、この再溶融温度は３１０
〜５６０℃近傍で溶解することが確認された。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るＡｇ−
Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材は、Ｉｎをマトリックスとし、該Ｉ
ｎマトリックス中にＡｇＣｕ合金からなる１種の分散
相、又は、Ａｇからなる分散相とＣｕからなる分散相と
の２種の分散相、が均一分散されるという構成を有し、
これにより常温での加工が可能である。従って、薄板状
又は線状等の形状制御が容易であり、更に、使用時の接
合部材の形状に合わせた切断、打ち抜き加工が容易であ
る。また、本発明に係るろう材は、接合時には比較的広
い溶融温度範囲を有するが、一旦溶融凝固した後には、
完全なＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系合金となり所望の融点を有す
る接合部を形成する。

【００３１】そして、本発明に係るろう材は、各構成金
属の粉末を混合、成形し、任意に押出し及び／又は圧延
加工することにより製造可能である。この方法は比較的
容易な方法であり、これにより所望の形状のろう材を効
率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態におけるＡｇＣｕ粉末とＩｎ粉末
との混合粉末をプレス成形した後のインゴットの断面組
織を示す図。

【図２】第１実施形態におけるプレス成形後のインゴッ
トを圧延加工して製造したろう材の断面組織を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 5/08 Ｃ２２Ｃ 5/08 9/00 9/00 28/00 28/00 Ｂ // Ｃ２２Ｃ 1/04 1/04 Ａ Ｅ (72)発明者 草森 裕之 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金属 工業株式会社平塚工場内 Ｆターム(参考） 4K018 AA02 AA04 AA40 BA20 BC12 CA02 CA11 CA32 KA70

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎからなり、融点が６００
   ℃以下であるＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材であって、 Ｉｎをマトリックスとし、該Ｉｎマトリックス中にＡｇ
   Ｃｕ合金からなる１種の分散相、又は、Ａｇからなる分
   散相とＣｕからなる分散相との２種の分散相、が略均一
   に分散されてなるＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材。
2. 【請求項２】Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎが各々、Ａｇ：１０〜７
   ０％、Ｃｕ：１０〜７０％、Ｉｎ：２０〜６０％（いず
   れも重量％）の比率で混合されてなる請求項１記載のＡ
   ｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材。
3. 【請求項３】分散相はＣｕ１０〜７０重量％のＡｇＣｕ
   合金であり、該分散相とＩｎマトリックス相とが４：６
   〜８：２の比率で混合されてなる請求項１又は請求項２
   記載のＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材。
4. 【請求項４】請求項１〜請求項３記載のＡｇ−Ｃｕ−Ｉ
   ｎ系ろう材の製造方法であって、 Ｉｎ粉末とＡｇＣｕ合金粉末とを、又は、Ｉｎ粉末とＡ
   ｇ粉末とＣｕ粉末とを混合して混合粉末とし、該混合粉
   末を常温でプレス成形するＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材の
   製造方法。
5. 【請求項５】圧縮応力を２５０〜７５０ＭＰａとして混
   合粉末をプレス成形する請求項４記載のＡｇ−Ｃｕ−Ｉ
   ｎ系ろう材の製造方法。
6. 【請求項６】粒径が５〜１５０μｍのＡｇＣｕ合金又は
   Ａｇ粉末及びＣｕ粉末と、Ｉｎ粉末とを混合する請求項
   ４又は請求項５記載のＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材の製造
   方法。
7. 【請求項７】成形後のろう材を更に押し出し加工及び／
   又は圧延加工する工程を含む請求項４〜請求項６記載の
   Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系ろう材の製造方法。