專利名稱：接合用組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接合強(qiáng)度和接合的可靠性優(yōu)異的接合用組合物。
背景技術(shù)：
接合用組合物承擔(dān)著將例如電力控制計(jì)算機(jī)的基板、家電制品、個(gè)人電腦等的在 伴隨熱循環(huán)、機(jī)械撞擊、機(jī)械振動(dòng)等的嚴(yán)酷環(huán)境下使用的多個(gè)單元部件進(jìn)行機(jī)械且電連接 的重要作用。對(duì)于使用這種接合用組合物接合而成的單元部件，要求接合強(qiáng)度或熱疲勞強(qiáng) 度等機(jī)械強(qiáng)度的提高、以及潤(rùn)濕性等物理性質(zhì)的提高。作為接合用組合物的軟釬料由于主要在熔融后使用，因此有時(shí)會(huì)與空氣中或熔融 軟釬料中所含的氧反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氧化物。因而會(huì)產(chǎn)生機(jī)械強(qiáng)度降低等問題。為了解決 該問題，例如在日本特開平11-226776號(hào)公報(bào)及日本特開2000-343273公報(bào)中公開了添加 鍺(Ge)來防止氧化的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)1、2)。另外，根據(jù)文獻(xiàn)(例如“各種無鉛軟釬料的對(duì)銅和不銹鋼的熔蝕性比較末 永將一等、微接合研究委員會(huì)、MATE2004 Program4-5”、“Dissolutionof electroless Ni-metallization by lead free solder alloys Ahmed Sharif 等，Journal of alloys and compounds, 388 (2005)，，)，使用以往的Sn合金系的接合用組合物將鐵系材料、Ni系材 料、Fe-Ni系材料、或經(jīng)鍍鎳的其他金屬材料例如Cu系材料、Al系材料、Mg系材料等進(jìn)行接 合時(shí)，由于Sn和鐵與Ni的反應(yīng)速度快，因此有時(shí)在初期階段會(huì)在接合界面上形成各自粗大 的金屬間化合物(又稱金屬互化物)Sn (Fe)、Sn (Ni)、Sn (Fe, Ni)等。如上所述，由于使用以往的Sn合金系接合用組合物進(jìn)行接合時(shí)會(huì)在接合界面上 形成粗大的金屬間化合物，因此存在脆化所導(dǎo)致的接合強(qiáng)度降低或冷卻時(shí)產(chǎn)生裂紋等問 題。另外還存在下述問題在使用了該接合用組合物的各種生產(chǎn)設(shè)備中，由于熔融后的Sn 系合金組合物與鐵系的機(jī)器的接觸反應(yīng)，鐵會(huì)溶出，從而機(jī)器的壽命會(huì)有所降低，或者合金 組合物的組成發(fā)生變化等。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-226776號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2000-343273公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 “各種無鉛軟釬料的對(duì)銅和不銹鋼的熔蝕性比較”、末永將一等、微 接合研究委員會(huì)、MATE2004 Program4-5# # ^lJ i K 2 :"Dissolution of electroless Ni-metallization by lead freesolder alloys", Ahmed Sharif Journal of alloys and compounds, 388 (2005)

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種接合強(qiáng)度優(yōu)異且具有高可靠性的接合用組合 物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，可以提供一種接合用組合物，其特征在于，含有0.01 1 重量％的Ge和0.01 1重量％的Si，剩余部分由Sn或Sn合金構(gòu)成。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，可以提供一種接合用組合物，其特征在于，在上述 接合用組合中進(jìn)一步含有0. 01 1重量％的Co。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，可以提供一種接合用組合物，其特征在于，在上述 接合用組合中進(jìn)一步含有0. 01 1重量％的Ti。


圖1為表示使用本發(fā)明的接合用組合物接合了被接合部件的狀態(tài)的立體圖。圖2為表示對(duì)實(shí)施例1的剪切試驗(yàn)片中被接合部件與接合用組合物的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。圖3為表示對(duì)比較例1的剪切試驗(yàn)片中被接合部件與接合用組合物的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。圖4為表示對(duì)實(shí)施例2的剪切試驗(yàn)片中被接合部件與接合用組合物的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。圖5為表示對(duì)比較例2的剪切試驗(yàn)片中被接合部件與接合用組合物的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。圖6A為表示一個(gè)被接合部件一側(cè)的發(fā)生了側(cè)脆性破壞的剪切試驗(yàn)片的剖面的 圖。圖6B為表示另一個(gè)被接合部件一側(cè)的發(fā)生了脆性破壞的剪切試驗(yàn)片的剖面的 圖。圖7為表示對(duì)比較例3的剪切試驗(yàn)片中被接合部件與接合用組合物的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。符號(hào)說明10,11...被接合部件；12...接合用組合物；20...第1反應(yīng)層；21...第2反應(yīng)層。
具體實(shí)施例方式以下說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的接合用組合物。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的接合用組合物含有0.01 1重量％的Ge(鍺)和0.01 1重量％的Si (硅)，剩余部分由Sn(錫)或Sn合金構(gòu)成。由于Ge和Si全部固溶，因此通過含有Ge和Si，在預(yù)接合的被接合部件由鐵系材 料、Ni系材料、Fe-Ni系材料或者經(jīng)鍍鎳的金屬材料形成時(shí)，Ge和Si在被接合部件和接合 用組合物的接合界面上形成Sn (Fe，Ge，Si)、Sn (Ni，Ge，Si)、Sn (Fe，Ni，Ge，Si)等金屬間化 合物。通過形成這些金屬間化合物，可以抑制成為脆化所導(dǎo)致的接合強(qiáng)度降低或冷卻時(shí)產(chǎn) 生裂紋等的原因的Sn(Fe)、Sn(Ni)、Sn(Fe, Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)。另外，當(dāng)不含Ge而僅含有Si時(shí)，由于Si與Sn、Fe、Ni難以形成金屬間化合物，因 此無法獲得抑制Sn(Fe)、Sn(Ni)、Sn(Fe, Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)的效果。這里，使Ge的含有率為0. 01 1重量％的原因在于，當(dāng)Ge的含有率小于0. 01重 量％時(shí)，抑制Sn(Fe)、Sn(Ni)、Sn(Fe，Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)的效果降低；另一方面，當(dāng) Ge的含有率大于1重量％時(shí)，有時(shí)會(huì)與接合用組合物所含的金屬元素鍵合，形成粗大的金屬間化合物，會(huì)降低接合用組合物的強(qiáng)度。另外，使Si的含有率為0. 01 1重量％的原因在于，當(dāng)Si的含有率小于0. 01重 量％時(shí)，抑制Sn(Fe)、Sn(Ni)、Sn(Fe，Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)的效果降低；另一方面，當(dāng) Si的含有率大于1重量％時(shí)，有時(shí)會(huì)與接合用組合物所含的金屬元素鍵合，形成粗大的金 屬間化合物，會(huì)降低接合用組合物的強(qiáng)度。Sn合金由含有Sn的公知的合金構(gòu)成，根據(jù)利用接合用組合物接合部件時(shí)的溫度 條件等來適當(dāng)選擇。作為所使用的Sn合金，例如可以舉出Sn-Cu系、Sn-^Vg系、Sn-Ag-Cu系、 Sn-Ag-Cu-Bi 系、Sn-Ag-Bi-In 系、Sn-Zn 系、Sn-Bi 系、Sn-Sb 系、Sn-In 系、Sn-Pb 等 Sn 合 金。這里，通過在Sn中含有Cu (銅)或Ag (銀)，對(duì)于使用該接合用組合物接合而成的被接 合部件，接合強(qiáng)度或熱疲勞強(qiáng)度等機(jī)械強(qiáng)度有所提高。另外，通過在Sn合金中含有Bi (鉍)、 In (銦)、Sb (銻)，可以調(diào)整接合用組合物的熔點(diǎn)，并且對(duì)于使用該接合用組合物接合而成 的被接合部件，接合強(qiáng)度或熱疲勞強(qiáng)度等機(jī)械強(qiáng)度以及潤(rùn)濕性等的物理性質(zhì)有所提高。以 下對(duì)這些Sn合金進(jìn)行說明。另外，以下所示的Sn合金為代表性的示例，并非限定于這些。 另外，以下所示組成的含有率除了特別說明的情況之外均以重量％來表示。(I)Sn-Cu 系關(guān)于Sn-Cu系，例如使用Sn_0. 75Cu等Sn合金。通過該0. 75Cu，形成Sn和Sn-Cu 金屬間化合物的共晶(共晶溫度227°C)。該Sn合金例如在構(gòu)成高熔點(diǎn)的接合用組合物時(shí) 使用。(2) Sn-Ag 系關(guān)于Sn-Ag系，例如使用Sn-3. 5Ag等Sn合金。通過該3. 5Ag，形成Sn和Sn (Ag) 金屬間化合物的共晶(共晶溫度221°C)。該Sn合金例如在構(gòu)成高熔點(diǎn)的接合用組合物時(shí) 使用，機(jī)械強(qiáng)度也優(yōu)異。(3) Sn-Ag-Cu 系關(guān)于Sn-Ag-Cu系中的低Ag系，昂貴的Ag含量很少地構(gòu)成，例如含有1重量％左 右的Ag。作為該低Ag系的Sn合金，例如可以舉出Sn-0. 7Ag-0. 3Cu (熔點(diǎn)217 227°C )、 Sn-1. 2Ag-0. 8Cu(熔點(diǎn) 218 222°C )等。關(guān)于Sn-Ag-Cu系中的高Ag系，相比較于低Ag系，接合強(qiáng)度更高，作為該高Ag 系，例如可以舉出作為Sn-Ag-Cu系3元系共晶的Sn-4. 7Ag-1. 7Cu (共晶溫度217 °C )、 Sn-3. 5Ag-0. 9Cu(共晶溫度 217°C )、Sn-3. 2Ag-0. 6Cu(共晶溫度 217°C )等。除該共晶組 成以外，作為高Ag系的Sn合金，例如還可以舉出Sn-3. 8Ag-0. 7Cu(熔點(diǎn)217 220°C )、 Sn-4Ag-0. 5Cu(熔點(diǎn) 217 225°C )等。(4) Sn-Ag-Cu-Bi 系關(guān)于該Sn-Ag-Cu-Bi系，為了提高潤(rùn)濕性或者降低回焊溫度，以3重量％以 下的范圍在Sn-Ag-Cu系中添加Bi。作為該Sn-Ag-Cu-Bi系的Sn合金，例如可以舉出 Sn-2. 5Ag-0. 5Cu-lBi (熔點(diǎn) 214 221°C )、Sn_2Ag-0. 5Cu_2Bi (熔點(diǎn) 211 221 °C )等。(5)Sn-Ag-Bi-In 系In添加是為了降低熔點(diǎn)、提高潤(rùn)濕性，在Sn-Ag-Bi-h系的Sn合金中，相比較于 Bi添加量，添加較多量的In，從而減少脆的Bi偏析相的形成。作為該Sn-Ag-BiHn系的Sn 合金，例如可以舉出 Sn-3. 5Ag-2. 5Bi_2. 5 (熔點(diǎn) 190 210°C )、Sn-3. 5Ag_3Bi_6h (熔點(diǎn) 165 2060C )、Sn-3. 5Ag-0. 5Β η (熔點(diǎn) 170 206°C )等。(6) Sn-Zn 系作為Sn-Si系，可以舉出Sn-9ai共晶(共晶溫度199°C )。該Sn-Si系合金的熔 點(diǎn)低、機(jī)械性質(zhì)也良好，很經(jīng)濟(jì)。Si的含有率優(yōu)選為1 10重量％。優(yōu)選該范圍的含有率 的原因在于，當(dāng)超過共晶組成、Zn的含有率大于10重量％時(shí)，粗大的Si的初晶結(jié)晶，接合 強(qiáng)度降低；另外，由于ai是活性的，因此易于氧化，當(dāng)含量增多時(shí)，潤(rùn)濕性降低；另一方面， 當(dāng)ai的含有率小于1重量％時(shí)，無法獲得充分的接合強(qiáng)度。另外，為了降低熔融開始溫度、提高潤(rùn)濕性，還可以含有Bi。與Si—起含有Bi時(shí)， Bi的含有率優(yōu)選為1 10重量％。優(yōu)選該范圍的含有率的原因在于，當(dāng)Bi的含有率小于 1重量％時(shí)，無法獲得充分的強(qiáng)度和潤(rùn)濕性的提高效果；大于10重量％時(shí)，由于形成脆的Bi 偏析相而發(fā)生脆化。作為該含有Bi的Sn-Si系的Sn合金，例如可以舉出Sn-8ai-3Bi (熔 點(diǎn) 187 199 °C )等。(7) Sn-Bi 系Sn-Bi系Sn合金的熔點(diǎn)低，作為Sn_Bi系的Sn合金，共晶組成Sn_58Bi (共晶溫 度139°C )呈現(xiàn)良好的機(jī)械性質(zhì)。Bi的含有率優(yōu)選為1 60重量％。優(yōu)選該范圍的含有 率的原因在于，當(dāng)超過共晶組成、Bi的含有率大于60重量％時(shí)，粗大且脆的Bi的初晶結(jié)晶 而脆化；另一方面，當(dāng)Bi的含有率小于1重量％時(shí)，無法獲得充分的接合強(qiáng)度。另外，為了提高接合強(qiáng)度，還可以在Sn-Bi系的Sn合金中含有1 10重量％的 Si。此時(shí)，Bi的含有率為1 10重量％的范圍時(shí)，可獲得充分的效果。另外，為了提高接 合強(qiáng)度，還可以在Sn-Bi系的Sn合金中含有0. 5 3. 5重量％的Ag。(8) Sn-Sb 系Sn-Sb系Sn合金的機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異，作為Sn-Sb系的Sn合金，例如可以舉出 Sn-5Sb (熔點(diǎn)236 240°C )、Sn_9Sb (熔點(diǎn)246°C )等。在該Sn-Sb系的Sn合金中，優(yōu)選 使Sb的含有率為1 10重量％的范圍。優(yōu)選該范圍的含有率的原因在于，當(dāng)Sb的含有率 小于1重量％時(shí)，無法獲得充分的接合強(qiáng)度；大于10重量％時(shí)，粗大的Si的初晶結(jié)晶，接合 強(qiáng)度降低。(9) Sn-In 系Sn-In系Sn合金的熔點(diǎn)低，作為Sn-In系的Sn合金，例如可以舉出低熔點(diǎn)且呈現(xiàn) 良好機(jī)械性質(zhì)的共晶組成Sn-52In (熔點(diǎn)117°C )。h由于是活性的，因此易于氧化，含量增 多時(shí)，在大氣中的接合、實(shí)際安裝變得困難。^的含有率比共晶組成52重量％大時(shí)，出現(xiàn)粗 大的結(jié)晶相、接合強(qiáng)度降低；另一方面，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，將^的含量抑制在較低。另外， 為了提高接合強(qiáng)度，例如還可以在h的含有率為1 10重量％的Sri-h系Sn合金中含有 1 10重量％的Si。另外，為了提高接合強(qiáng)度，還可以在Sn-In系的Sn合金中含有0. 5 3. 5重量％的Ag、0. 5 0. 75重量％的Cu。(10) Sn-Pb 系作為Sn-Pb系的Sn合金，一般使用呈現(xiàn)良好機(jī)械性質(zhì)和潤(rùn)濕性的共晶組成 Sn-37Pb(共晶溫度183°C )。作為高熔點(diǎn)軟釬料，可以舉出Sn_98Pb(316 322 °C )、 Sn-90Pb (268 301 °C )等。在該Sn-Pb系的Sn合金中，優(yōu)選使1 的含有率為5 98重 量％的范圍的組成。優(yōu)選該范圍的含有率的原因在于，當(dāng)1 的含有率小于5重量％時(shí)，無法獲得充分的接合強(qiáng)度和潤(rùn)濕性，大于98重量％時(shí)，硬度降低、并且無法獲得充分的潤(rùn)濕性。如上所述，本發(fā)明的接合用組合物所含的Sn合金可以在大范圍內(nèi)選擇，可以構(gòu)成 適于各種用途的接合用組合物。另外，根據(jù)本發(fā)明的接合用組合物，通過含有Ge和Si，例如被接合部件由鐵系材 料、Ni系材料、！^e-Ni系材料或者經(jīng)鍍鎳的金屬材料形成時(shí)，在被接合部件和接合用組合物 的接合界面上形成Sn (Fe，Ge，Si)、Sn (Ni，Ge，Si)、Sn (Fe, Ni, Ge, Si)等金屬間化合物，能夠 抑制導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低的Sn (Fe)、Sn (Ni)、Sn (Fe，Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)。即，可以抑 制被接合部件與Sn或Sn合金的反應(yīng)，從而抑制接合界面上的Sn (Fe)、Sn (Ni)、Sn (Fe, Ni) 等金屬間化合物的成長(zhǎng)。這里，在上述的含有0.01 1重量％和0.01 1重量％的Si、剩余部分由 Sn (錫)或Sn合金構(gòu)成的接合用組合物中還可以進(jìn)一步含有0. 01 1重量％的Co (鈷)。 優(yōu)選該范圍的Co含有率的原因在于，當(dāng)Co的含有率小于0. 01重量％時(shí)，抑制Sn(Fe)、 Sn(Ni) ,Sn(Fe5Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)的效果較低；另外，當(dāng)Co的含有率大于1重量％ 時(shí)，有時(shí)會(huì)與其他金屬元素鍵合，形成粗大的金屬間化合物，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。如此，通過含有Co，例如當(dāng)被接合部件由鐵系材料、Ni系材料、Fe-Ni系材料或者 經(jīng)鍍鎳的金屬材料形成時(shí)，在被接合部件和接合用組合物的接合界面上形成各自的Sn(Fe， Ge，Si，Co)、Sn (Ni，Ge，Si，Co)、Sn (Fe，Ni，Ge，Si，Co)等金屬間化合物，能夠抑制導(dǎo)致機(jī)械 強(qiáng)度降低的Sn(Fe)、Sn(Ni)、Sn (Fe, Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)。另外，在上述的含有0.01 1重量％和0.01 1重量％的Si、剩余部分由 Sn (錫)或Sn合金構(gòu)成的接合用組合物中還可以進(jìn)一步含有0. 01 1重量％的Ti (鈦)。 優(yōu)選該范圍的Ti含有率的原因在于，當(dāng)Ti的含有率小于0. 01重量％時(shí)，抑制Sn(Fe)、 Sn(Ni),Sn(Fe,Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)的效果較?。涣硗?，當(dāng)Ti的含有率大于1重量％ 時(shí)，有時(shí)會(huì)與其他金屬元素鍵合，形成粗大的金屬間化合物，從而強(qiáng)度降低。另外，還可以在 上述添加了 Co的接合用組合物中以上述范圍添加Ti。如此，通過含有Ti，例如當(dāng)被接合部件由鐵系材料、Ni系材料、！^e-Ni系材料或者 經(jīng)鍍鎳的金屬材料形成時(shí)，在被接合部件和接合用組合物的接合界面上形成各自的Sn(Fe， Ge，Si，Ti)、Sn (Ni，Ge，Si，Ti)、Sn (Fe，Ni，Ge，Si，Ti)等金屬間化合物，能夠抑制導(dǎo)致機(jī)械 強(qiáng)度降低的Sn(Fe)、Sn(Ni)、Sn (Fe, Ni)等金屬間化合物的成長(zhǎng)。另外，本發(fā)明并非就限定于上述實(shí)施方式的原樣，在實(shí)施階段可以在不脫離其主 旨的范圍內(nèi)改變構(gòu)成要素來進(jìn)行具體實(shí)施。另外，可以利用上述實(shí)施方式所公開的多個(gè)構(gòu) 成要素的適當(dāng)組合來形成各種發(fā)明。例如，可以從實(shí)施方式所示的全部構(gòu)成要素中刪去幾 個(gè)構(gòu)成要素。進(jìn)而，還可以適當(dāng)組合不同實(shí)施方式的構(gòu)成要素。下面，通過以下的實(shí)施例和比較例來說明使用本發(fā)明的接合用組合物接合了被接 合部件時(shí)具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度。圖1為表示使用本發(fā)明的接合用組合物接合了被接合部件 的狀態(tài)的立體圖。(實(shí)施例1)根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“JIS Z 3198-5”的無鉛軟釬料試驗(yàn)方法，如圖1所示，在由鐵 系材料(SS400)構(gòu)成的2片被接合部件10、11的接頭部中插入厚度為IOOym的由Sn_0. 1 重量％ Ge-O. 1重量％ Si構(gòu)成的接合用組合物12，滴加焊劑后，在溫度為250°C的氮?dú)鈿夥罩屑訜?0秒鐘，將被接合部件10、11接合在了一起。使用通過該接合用組合物12接合了 的被接合部件10、11，制作“JIS Z 3198-5”的1號(hào)剪切試驗(yàn)片。使用掃描型電子顯微鏡(SEMJcanning Electron Microscope)和電子探針X射 線顯微分析儀(ΕΡΜΑ Electron Probe Micro-Analysis)對(duì)該剪切試驗(yàn)片中被接合部件 IOUl和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。這里，電子探針X射線顯微分析儀 是下述的裝置將縮得非常細(xì)的電子射線照射于試樣的表面，通過測(cè)定由該部分產(chǎn)生的特 性X射線的波長(zhǎng)或強(qiáng)度、二次電子或反射電子的量等，可以研究試樣的形狀、以及試樣表面 所含元素的種類或量及其分布狀態(tài)等。另外，使用上述剪切試驗(yàn)片，在拉伸強(qiáng)度為lmm/min 的條件下進(jìn)行剪切試驗(yàn)。圖2為表示對(duì)剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11與接合用組合物12的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。另外，圖2中示出的是被接合部件10 —側(cè)的接合界面，而 對(duì)于被接合部件11 一側(cè)的接合界面，也獲得了與被接合部件10 —側(cè)的接合界面相同的結(jié)^ ο如圖2所示，以從被接合部件10開始依次層疊厚度為約1 μ m的由Sn (Fe，Ge，Si) 的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn(Fe)的金屬間化合物 所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)來進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接合部件10的 整個(gè)表面上。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為23MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(比較例1)比較例1中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-O. 2重量％ Ge作為接合用組合物12 之外，與實(shí)施例1使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。圖3為表示對(duì)剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。另外，圖3中示出的是被接合部件10 —側(cè)的接合界面，而 對(duì)于被接合部件11 一側(cè)的接合界面，也獲得了與被接合部件10 —側(cè)的接合界面相同的結(jié)^ ο如圖3所示，從被接合部件10開始，依次觀察到厚度為約1 μ m且Sn (Fe, Ge)的金 屬間化合物散布于被接合部件10表面上的第1反應(yīng)層20和厚度為7 10 μ m且Sn(Fe) 的金屬間化合物層疊于第1反應(yīng)層20或被接合部件10而形成的第2反應(yīng)層21。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為20MPa。另外，沿著接合用組合物12和第 2反應(yīng)層21的界面發(fā)生了剪切破壞。進(jìn)而也局部地觀察到第2反應(yīng)層21內(nèi)部的破壞。(實(shí)施例1和比較例1的結(jié)果探討)由實(shí)施例1和比較例1的結(jié)果可知，如實(shí)施例1所示，在使用含有Ge和Si的接合 用組合物時(shí)，Ge和Si同時(shí)向被接合部件10、11與接合用組合物12的接合界面擴(kuò)散，在整個(gè) 被接合部件10的表面上形成由Sn(Fe，Ge, Si)的金屬間化合物構(gòu)成的第1反應(yīng)層20。由 此，阻止了構(gòu)成被接合部件10、11的狗向接合用組合物12—側(cè)的擴(kuò)散，從而抑制了層疊形成于第1反應(yīng)層20上的第2反應(yīng)層21的成長(zhǎng)。另外，由剪切試驗(yàn)的結(jié)果可知，通過抑制第2反應(yīng)層21的成長(zhǎng)，避免了粗大的 Sn(Fe)金屬間化合物與接合用組合物12的界面的形成和第2反應(yīng)層21內(nèi)部的脆性破壞， 剪切破壞是在接合用組合物12內(nèi)發(fā)生。由此可知具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度。另外，如比較例1所示，用單獨(dú)含有Ge的由Sn-Ge構(gòu)成的Sn合金構(gòu)成接合用組合 物12時(shí)，由于SnO^e，Ge)金屬間化合物散布于被接合部件10的表面，因此無法獲得抑制作 為第2反應(yīng)層21的Sn(Fe)金屬間化合物成長(zhǎng)的充分效果。(實(shí)施例2)實(shí)施例2中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-O. 7重量％ Cu-O. 05重量％ Ge-O. 05 重量％ Si作為接合用組合物12之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。圖4為表示對(duì)剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。另外，圖4中示出的是被接合部件10 —側(cè)的接合界面，而 對(duì)于被接合部件11 一側(cè)的接合界面，也獲得了與被接合部件10 —側(cè)的接合界面相同的結(jié)^ ο如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由Sn(Fe，Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7μπι的由Sn (Fe)的金屬間化合 物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接合部件10的 整個(gè)表面上。另外，接合界面的反應(yīng)層20、21上未見Cu的存在，在接合用組合物12內(nèi)部觀 察到Sn和η相(Cu6Sn5)的共晶組織和局部的η相(Cu6Sn5)的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為30MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例3)實(shí)施例3中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-3. 5重量％ Ag-O. 05重量％ Ge-O. 05 重量％ Si作為接合用組合物12之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例3的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。此外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。第1反應(yīng)層20形成于被接合部件 10的整個(gè)表面上。另外，接合界面的反應(yīng)層20、21中未見^Vg的存在，在接合用組合物12內(nèi) 部觀察到Sn和η相(A&Sn)的共晶組織和局部的η相(A&Sn)的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為32MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。如此可知，Ge和Si同時(shí)向被接合部件10、11與接合用組合物12的接合界面擴(kuò)散， 在整個(gè)被接合部件10的表面上形成由Sn(Fe，Ge, Si)的金屬間化合物構(gòu)成的第1反應(yīng)層 20。由此，阻止了構(gòu)成被接合部件10、11的狗向接合用組合物12—側(cè)的擴(kuò)散，從而抑制了 層疊形成于第1反應(yīng)層20上的第2反應(yīng)層21的成長(zhǎng)。(實(shí)施例4)實(shí)施例4中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-3重量％ Ag-O. 5重量％ Cu-O. 05重 量％ Ge-O. 05重量％ Si作為接合用組合物12、用Fe_42重量％ Ni形成被接合部件10、11 之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層的形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此 這里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指 在第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。此外，第 2反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe,Ni,Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe， Ni)的金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于 被接合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見Ag、Cu的存在，在接合用組 合物12內(nèi)部觀察到Sn和η相(Ag3Sn)的共晶組織、Sn和η相(Cu6Sn5)的共晶組織、局部 的n相(Ag3Sn)和局部的n相(Cu6Sn5)的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為38MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例5)實(shí)施例5中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-3重量％ Ag_0. 5重量％ Cu-1. 0重量％ Bi-O. 05重量％ Ge-O. 05重量％ Si作為接合用組合物12、用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS) S45C鋼材 形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接 合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見Ag、Cu、Bi的存在，在接合用組 合物12內(nèi)部觀察到Sn和η相(Ag3Sn)的共晶組織、Sn和η相(Cu6Sn5)的共晶組織、局部 的n相(Ag3Sn)、局部的n相(Cu6Sn5)和Bi結(jié)晶相的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為35MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例6)實(shí)施例6中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-3重量％ Ag_2. 0重量％ Bi_4. 0重量％ In-O. 05重量％ Ge-O. 05重量％ Si作為接合用組合物12、用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS) S45C鋼材 形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接 合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見Ag、BiUn的存在，在接合用組 合物12內(nèi)部觀察到Sn和n相(Ag3Sn)的共晶組織、局部的n相(Ag3Sn)、Bi和In結(jié)晶相 的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為32MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例7)實(shí)施例7中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-8重量％ Zn-O. 05重量％ Ge-O. 05重 量％ Si作為接合用組合物12、用Fe-42重量％ Ni形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例1 中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的共晶組織的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見Si的存在，在接合用組合物12 內(nèi)部觀察到Sn和Si的共晶組織30。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為24MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。另外，通過在熔點(diǎn)為199°C的由Sn-8重量％ Zn構(gòu)成的接合用組合物中含有微量 的Ge、Si，雖然熔點(diǎn)微微上升至202°C，但也獲得了兼具優(yōu)異接合強(qiáng)度和低熔點(diǎn)的接合用組 合物。(實(shí)施例8)實(shí)施例8中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-57重量％ Bi-O. 05重量％ Ge-O. 05重 量％ Si作為接合用組合物12、用鐵系材料(SS400)形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例 1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的共晶組織的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接 合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見Bi的存在，在接合用組合物12 內(nèi)部觀察到Sn和Bi的共晶組織30。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為33MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例9)實(shí)施例9中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-5重量％ Sb-O. 05重量％ Ge-O. 05重 量％ Si作為接合用組合物12、用鐵系材料(SS400)形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例 1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見Sb的存在，在接合用組合物12 內(nèi)部觀察到局部的SnSb金屬間化合物30的結(jié)晶。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為27MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例10)實(shí)施例10中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-6重量％ In-O. 05重量％ Ge-O. 05重 量％ Si作為接合用組合物12、用鐵系材料(SS400)形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例 1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的共晶組織的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接 合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見h的存在，在接合用組合物12 內(nèi)部觀察到Sn和h的共晶組織30。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為25MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例11)實(shí)施例11中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-37重量％ Pb-O. 05重量％ Ge-O. 05 重量％ Si作為接合用組合物12、用鐵系材料(SS400)形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施 例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例4的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的共晶組織的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn (Fe, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為5 7 μ m的由Sn (Fe)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接 合部件10的整個(gè)表面上。接合界面的反應(yīng)層20、21中未見1 的存在，在接合用組合物12 內(nèi)部觀察到Sn和1 的共晶組織30。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為25MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物12內(nèi)發(fā)生。(實(shí)施例12)實(shí)施例12中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-O. 7重量％ Cu-O. 1重量％ Co-O. 05 重量％ Ge-O. 05重量％ Si作為接合用組合物12之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的 構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例3的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn(Fe, Cu, Co, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為3 5μπι的由 Sn(Fe, Cu, Co)的金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng) 層20形成于被接合部件10的整個(gè)表面上。此外，在接合用組合物12內(nèi)部觀察到Sn和η 相(Cu6Sn5)和含Co的n相((Cu, Co)6Sn5)的共晶組織、局部的n相(Cu6Sn5)和含Co的 n相((Cu, Co)6Sn5))的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為35MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。由此可知，即便含有規(guī)定量的Co，Co、Cu、Ge和Si也一起向被接合部件10、11和接 合用組合物12的接合界面擴(kuò)散，在被接合部件10的整個(gè)表面上形成由Sn(Fe，Cu, Co, Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20。由此，阻止了構(gòu)成被接合部件10、11的狗向 接合用組合物12 —側(cè)擴(kuò)散，從而抑制了層疊形成于第1反應(yīng)層20上的第2反應(yīng)層21的成長(zhǎng)。(實(shí)施例13)實(shí)施例13中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-O. 7重量％ Cu-O. 1重量％ Ti-O. 05 重量％ Ge-O. 05重量％ Si作為接合用組合物12之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的 構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，由于由實(shí)施例3的 分析結(jié)果可知具有與圖4所示實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造，因此這 里參照?qǐng)D4進(jìn)行說明。這里，與實(shí)施例2的反應(yīng)層形成構(gòu)造相同的反應(yīng)層形成構(gòu)造是指在 第1反應(yīng)層20上層疊第2反應(yīng)層21，各個(gè)層的厚度也與圖4所示者基本相同。另外，第2 反應(yīng)層21的構(gòu)成凹凸形狀的山谷的位置、圖中30所示的結(jié)晶的分布等是不同的。分析的結(jié)果如圖4所示，以從被接合部件10開始依次層疊有厚度為約1 μ m的由 Sn(Fe,Ti,Ge, Si)的金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20和厚度為3 5 μ m的由Sn(Fe) 的金屬間化合物所構(gòu)成的第2反應(yīng)層21的狀態(tài)進(jìn)行觀察。另外，第1反應(yīng)層20形成于被接合部件10的整個(gè)表面上。另外，在接合用組合物12內(nèi)部觀察到Sn和η相(Cu6Sn5)和含Co 的n相((Cu，Co)6Sn5)的共晶組織、局部的n相(Cu6Sn5)和含Co的n相((CujCo)6Sn5)) 的結(jié)晶(圖4中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為33MPa。另外，剪切破壞在接合用組合物 12內(nèi)發(fā)生。由此可知，即便含有規(guī)定量的Ti，Ti、Ge和Si也一起向被接合部件10、11和接合 用組合物12的接合界面擴(kuò)散，在被接合部件10的整個(gè)表面上形成由Sn(Fe，Ti，Ge，Si)的 金屬間化合物所構(gòu)成的第1反應(yīng)層20。由此，阻止了構(gòu)成被接合部件10、11的狗向接合用 組合物12 —側(cè)擴(kuò)散，從而抑制了層疊形成于第1反應(yīng)層20上的第2反應(yīng)層21的成長(zhǎng)。(比較例2)比較例2中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-O. 7重量％ Cu作為接合用組合物12， 與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。圖5為表示對(duì)剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。另外，圖5中示出的是被接合部件10 —側(cè)的接合界面，而 對(duì)于被接合部件11 一側(cè)的接合界面而言，也獲得了與被接合部件10 —側(cè)的接合界面相同 的結(jié)果。如圖5所示，在被接合部件10和接合用組合物12的接合界面上觀察到了厚度為 10 15 μ m的由Sn (Fe)的金屬間化合物所構(gòu)成的反應(yīng)層35。在該反應(yīng)層35中未見Cu的存 在，在接合用組合物12內(nèi)部觀察到Sn和η相(Cu6Sn5)的共晶組織和局部的η相(Cu6Sn5) 的結(jié)晶(圖5中的符號(hào)30)。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為25MPa。另外，發(fā)生了沿著接合用組合物 12和反應(yīng)層35的界面的剪切破壞以及局部的反應(yīng)層35內(nèi)部的剪切破壞。這里，圖6A是表示被接合部件10 —側(cè)的發(fā)生了脆性破壞的剪切試驗(yàn)片的剖面的 圖，圖6B是表示被接合部件11 一側(cè)的發(fā)生了脆性破壞的剪切試驗(yàn)片的剖面的圖。此外，該 圖6A和圖6B是利用掃描型電子顯微鏡觀察其剖面時(shí)的圖像。如圖6A所示，隨著剪切變形的進(jìn)行，在被接合部件10和接合用組合物12的接合 界面上，在形成反應(yīng)層35的粗大金屬間化合物周邊形成空隙，立即成長(zhǎng)為位錯(cuò)的衰減位 點(diǎn)，喪失了金屬間化合物和接合用組合物12的界面的整合性，從而在反應(yīng)層35和接合用組 合物12的界面以及反應(yīng)層35的內(nèi)部產(chǎn)生裂紋40。另外，如圖6B所示，觀察到了沿著反應(yīng) 層35和接合用組合物12的界面的剪切破壞50以及反應(yīng)層35內(nèi)部的剪切破壞51。(比較例3)比較例3中使用的剪切試驗(yàn)片除了使用Sn-8重量％ Zn作為接合用組合物12、用 Fe-42重量％ Ni形成被接合部件10、11之外，與實(shí)施例1中使用的剪切試驗(yàn)片的構(gòu)成相同。另外，與實(shí)施例1同樣，使用掃描型電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析儀對(duì)該 剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn)行觀察和分析。另外，在 與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)條件下，使用該剪切試驗(yàn)片進(jìn)行剪切試驗(yàn)。
圖7為表示對(duì)剪切試驗(yàn)片中被接合部件10、11和接合用組合物12的接合界面進(jìn) 行觀察和分析的結(jié)果的示意圖。另外，圖7中示出的是被接合部件10 —側(cè)的接合界面，而 對(duì)于被接合部件11 一側(cè)的接合界面，也獲得了與被接合部件10 —側(cè)的接合界面相同的結(jié)^ ο如圖7所示，在被接合部件10和接合用組合物12的接合界面上觀察到了厚度為 15 20 μ m的由Sn(Fe，Ni)的金屬間化合物所構(gòu)成的反應(yīng)層60。剪切試驗(yàn)的結(jié)果是，接合部的剪切強(qiáng)度為22MPa。另外，發(fā)生了沿著接合用組合物 12和反應(yīng)層60的界面的剪切破壞。(實(shí)施例1 實(shí)施例13和比較例2 比較例3的結(jié)果探討)由實(shí)施例1 實(shí)施例13可知，在使用含有Ge和Si的Sn-Cu所構(gòu)成的接合用組合 物時(shí)，Ge和Si同時(shí)向被接合部件10、11與接合用組合物12的接合界面擴(kuò)散，從而在被接 合部件10的整個(gè)表面上形成由Sn(Fe，Ge, Si)的金屬間化合物構(gòu)成的第1反應(yīng)層20。由 此，阻止了構(gòu)成被接合部件10、11的狗向接合用組合物12—側(cè)擴(kuò)散，從而抑制了層疊形成 于第1反應(yīng)層20上的第2反應(yīng)層21的成長(zhǎng)。另外，在使用已知向Sn系接合用組合物的擴(kuò)散速度較快的含M的被接合部件10、 11、例如!^e-Ni系材料、Ni系材料或者經(jīng)鍍鎳的其他金屬材料例如Cu系材料、Al系材料、 Mg系材料等時(shí)，也可抑制M向接合用組合物12 —側(cè)的擴(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的接合用組合物，通過在Sn或Sn合金中含有規(guī)定量的Ge和 Si，可以形成Ge和Si—起向被接合部件和接合用組合物的接合界面擴(kuò)散，從而在被接合部 件的整個(gè)表面上形成由Sn和被接合部件的構(gòu)成元素、或者經(jīng)鍍Ni的被接合部件的鍍覆膜 的構(gòu)成元素和Ge及Si的金屬間化合物所構(gòu)成的反應(yīng)層。由此，可以阻止構(gòu)成被接合部件 的構(gòu)成元素、或者經(jīng)鍍M的被接合部件的鍍覆膜的構(gòu)成元素向接合用組合物一側(cè)擴(kuò)散，從 而可以抑制層疊形成于該反應(yīng)層上的其他反應(yīng)層的成長(zhǎng)，可以提高接合強(qiáng)度。本發(fā)明實(shí)施 方式的接合用組合物可以作為將例如電力控制計(jì)算機(jī)的基板、家電制品、個(gè)人電腦等的在 伴隨熱循環(huán)、機(jī)械撞擊、機(jī)械振動(dòng)等的嚴(yán)酷環(huán)境下使用的多個(gè)單元部件進(jìn)行機(jī)械且電連接 的接合部件來有效地利用。
權(quán)利要求
1.一種接合用組合物，其特征在于，含有0.01 1重量％的Ge和0.01 1重量％的 Si，剩余部分由Sn或Sn合金構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合用組合物，其特征在于，進(jìn)一步含有0.01 1重量％的Co。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合用組合物，其特征在于，進(jìn)一步含有0.01 1重量％的Ti。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接合用組合物，其特征在于，進(jìn)一步含有0.01 1重量％的Ti。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接合用組合物(12)，其含有0.01～1重量％的Ge和0.01～1重量％的Si，剩余部分由Sn或Sn合金構(gòu)成。該接合用組合物(12)具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C22C13/00GK102123820SQ200880104038
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者久里裕二, 龍?zhí)雇?申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝