本發(fā)明涉及一種用于對例如電子部件、半導體元件的外部電極等進行焊接的銅合金靶，更具體地，涉及一種焊接電極成膜用銅合金靶，該靶用于形成作為電子部件、半導體元件的外部電極等的最外層膜的適于焊接的銅合金膜。

背景技術：

通常，對電子部件、半導體元件的外部電極等進行焊接時，對于作為連接目標的合金而言，在與焊料的濕潤性高的狀態(tài)下進行焊接。

例如，構成連接部件的骨架的合金為fe-42質量％ni合金(42合金)時，對連接面進行鍍金；所述合金為cu-2.4質量％fe-0.03質量％p-0.12質量％zn(合金194)時，在實施鍍銀的基礎上進一步進行鍍錫、或者在實施鍍鎳的基礎上進一步進行鍍鈀；為銅布線基板的情況下，使用純銅或添加量低的銅合金作為布線材料，無論在哪種情況下，都在提高焊接時與熔融焊料的濕潤性方面下功夫。

對電子部件、半導體元件的外部電極進行焊接時，對于作為連接目標的合金而言，構成電極的金屬膜的最外層膜為鍍錫膜、銀濺射成膜、或者為金、銀的蒸鍍膜。近年來，這種電子部件逐漸小型化，要求電極膜的厚度也盡可能更薄，制膜方法以及制膜材料從鍍錫變化成貴金屬中價格相對低的銀濺射成膜。銀難以發(fā)生氧化，通過濺射能夠容易地形成薄膜，焊料濕潤性也非常好。然而，銀的金屬價格高，因此，市面上強烈要求用比銀更低廉的金屬進行濺射成膜。

然而，利用金屬價格比銀更低廉的純度99.99％銅(以下，稱作“純銅”)的濺射成膜容易變色，不僅在重視外觀的情況下會產生問題，如果持續(xù)發(fā)生變色，則會產生焊料濕潤性變差的問題。例如，如專利文獻1所示，為了抑制變色而使用添加了貴金屬的銅合金靶進行濺射成膜時，雖然變色被抑制，但是，在經不含氯的所謂非活性助焊劑處理后進行焊接時，存在與利用純銅進行成膜時相比焊料濕潤性變差的問題。

例如，為了同時滿足防止變色以及高焊料濕潤性，對銅添加金、鈀一類的貴金屬時，雖然能夠抑制變色，但金屬價格變高，在經不含氯的所謂非活性助焊劑處理后進行焊接時，不能解決與利用純銅進行成膜時相比焊料濕潤性變差的問題。

另外，在添加作為貴金屬的銀的情況下，在對添加銀的銅合金鑄錠進行壓延加工時，如果為了提高加工性而加熱至800℃以上進行壓延加工，則會導致鑄錠發(fā)生破裂，另一方面，如果在低于800℃溫度進行壓延加工，則不易變形，為了加工成濺射靶，需要交替地進行多次鍛造加工以及軟化熱處理。雖然考慮了通過線放電加工從鑄錠中直接以最終產品的形狀進行切割，但是，鑄錠內部產生大量的孔穴，難以直接作為靶利用。另外，雖然考慮了為了去除鑄錠內部的孔穴而進行真空熔化、真空鑄造，但是，在真空條件下，銀蒸鍍于熔化爐腔內的腔體內壁、檢查窗口、振蕩線圈、電極端子等所有部分，因此，存在操作性、生產率、安全性顯著變差的問題。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-69550號公報。

技術實現要素：

發(fā)明所要解決的問題

本發(fā)明是鑒于如上所述的問題而完成的，其目的在于，提供一種能夠以低廉的價格形成銅合金成膜的焊接電極成膜用銅合金靶，所述銅合金成膜的濺射成膜不會如純銅成膜那樣地變色，即使經非活性助焊劑處理后，也表現出良好的焊接性，具有優(yōu)異的焊料濕潤性。

解決問題的技術方案

本發(fā)明人等為了解決上述課題，反復進行了精心的研究。結果發(fā)現，通過在以銅為主要成分的焊接用銅合金靶中，以規(guī)定的比例含有銀并且以規(guī)定的比例含有鎳，從而能夠抑制變色，而且表現出優(yōu)異的焊料濕潤性，直至完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供下述技術方案。

(1)本發(fā)明的第一發(fā)明是一種焊接電極成膜用銅合金靶，其特征在于，以銅為主要成分，以大于10質量％且小于25質量％的比例含有銀，以0.1質量％以上且3質量％以下的比例含有鎳。

(2)本發(fā)明的第二發(fā)明是如第一發(fā)明所述的焊接電極成膜用銅合金靶，其中，含氧量為0.5質量ppm以上且50質量ppm以下。

(3)本發(fā)明的第三發(fā)明是一種焊接電極成膜用銅合金靶的制造方法，所述焊接電極成膜用銅合金靶以銅為主要成分，以大于10質量％且小于25質量％的比例含有銀，以0.1質量％以上且3質量％以下的比例含有鎳，其特征在于，在將可密閉的腔體內抽真空至0.01pa以下后，導入非活性氣體，將該腔體內的壓力調節(jié)為50pa以上且90000pa以下，進行金屬材料的熔化和鑄造。

(4)本發(fā)明的第四發(fā)明是如第三發(fā)明所述的焊接電極成膜用銅合金靶的制造方法，其中，將所述腔體內的壓力調節(jié)為50pa以上且10000pa以下，進行熔化和鑄造。

(5)本發(fā)明的第五發(fā)明是如第三或第四發(fā)明所述的焊接電極成膜用銅合金靶的制造方法，其中，焊接電極成膜用銅合金靶的含氧量為0.5質量ppm以上且50質量ppm以下。

發(fā)明效果

根據本發(fā)明的焊接電極成膜用銅合金靶，通過以大于10質量％且小于25質量％的比例含有銀且以0.1質量％以上且3質量％以下的比例含有鎳，從而形成價格低廉、與利用純銅進行成膜時相比不會氧化變色、具有良好的外觀的濺射成膜。另外，即使經不含氯的所謂的非活性助焊劑處理后，也表現出良好的焊接性，具有優(yōu)異的焊料濕潤性。

另外，通過優(yōu)選將靶內部的含氧量調節(jié)為0.5質量ppm以上且50質量ppm以下，能夠抑制用于脫氣的成本，并且使濺射成膜的濕潤性更穩(wěn)定。

另外，根據本發(fā)明的焊接電極成膜用銅合金靶的制造方法，在將可密閉的腔體內抽真空至0.01pa以下后，導入非活性氣體，將腔體內的壓力調節(jié)為50pa以上且90000pa以下，進行熔化以及鑄造，因此，即使是從鑄錠中直接切割出的靶，也幾乎不存在作為鑄造內部缺陷的被稱作孔穴的空洞，濺射操作時的異常放電減少。

另外，通過優(yōu)選以50pa以上且10000pa以下的腔體內壓力進行熔化以及鑄造，能夠更進一步抑制靶內部的孔穴的數量，使靶的生產收率穩(wěn)定化。

附圖說明

圖1是示意性地表示基于在熔融焊料浴中浸漬銅合金的情況中與接觸角(θ)的關系的所述銅合金的焊料濕潤性的狀態(tài)的圖。

圖2是用于對將已濺射成膜的銅合金成膜試樣浸漬于溶融焊料浴中時的時間與濕潤力的關系進行說明的圖示。

具體實施方式

以下，對本發(fā)明的焊接電極成膜用銅合金濺射靶的具體實施方式(以下，稱作“本實施方式”)進行詳細說明。需要說明的是，本發(fā)明不限于以下實施方式，在不改變本發(fā)明的要旨的范圍內能進行各種變化。

本實施方式的焊接電極成膜用銅合金靶(以下，也簡稱“銅合金靶”)是以銅為主要成分構成的銅合金，分別以規(guī)定的比例含有作為添加成分的銀以及鎳。具體地，所述銅合金靶的特征在于，以銅為主要成分，以大于10質量％且小于25質量％的比例含有銀，以0.1質量％以上且3質量％以下的比例含有鎳。需要說明的是，主要成分是指所含比例為51質量％以上的成分。

對具有采用濺射方式成膜的電極膜的部件進行焊接處理時，將包含所述部件的基板預加熱至150℃～180℃左右的高溫，然后，使其輸送通過已加熱至230℃～250℃左右的熔融焊料浴內，由此進行焊接。然而，對于現有的利用純銅靶進行的成膜而言，成膜最初時呈明亮的淡銅色的膜因保存環(huán)境而變?yōu)楸『稚?，通過其回流時的預加熱等，表面形成氧化覆膜，焊料濕潤性顯著下降，有時不能良好地進行焊接，處理管理也變得困難。

相對于此，根據本實施方式的銅合金靶，如上所述地，通過以規(guī)定的比例含有銀并且以規(guī)定的比例含有鎳，對所述濺射成膜而言，能夠有效地抑制因在大氣中發(fā)生氧化等而導致的變色，使其具有優(yōu)異的外觀。另外，對于利用這種銅合金靶進行的成膜而言，例如，即使經回流焊接處理中的高溫條件下的預加熱后，也能夠穩(wěn)定地保持優(yōu)異的焊料濕潤性，從而能夠良好地進行焊接。

對于銀的含量而言，銅合金靶中的銀的含量為10質量％以下時，濺射成膜有時隨時間發(fā)生變色，因變色而導致焊料濕潤性變差，因此，必須徹底地對成膜的變色進行品質管理。另一方面，銀的含量為25質量％以上時，成膜的變色、焊料濕潤性沒有顯著變化，僅成本增大而效率低。

對于本實施方式的銅合金靶而言，如上所述地，以0.1質量％以上且3質量％以下的比例含有鎳。根據該銅合金靶，通過以0.1質量％以上且3質量％以下的比例含有鎳，從而濺射成膜的氧化變色被抑制，而且，對于焊料濕潤性而言，例如，即使在經不含氯的所謂非活性助焊劑處理后進行焊接時，也能夠保持良好的焊料濕潤性，等同或優(yōu)于利用純銅進行成膜的情況。

對鎳的含量而言，銅合金靶中的鎳的含量小于0.1質量％時，濺射成膜在大氣中因加熱而易于氧化變色，而且其焊料濕潤性比利用純銅進行成膜時差，例如，在經不含氯的所謂非活性助焊劑處理后進行焊接時，需要確認是否已進行良好的焊接。另一方面，鎳的含量大于3質量％時，即使使用含氯的所謂活性助焊劑，焊料濕潤性明顯比利用純銅進行成膜時差，不能進行良好的焊接。

其中，圖1中，示意性地示出了基于在將已濺射成膜的試樣(銅合金成膜試樣)10浸漬于熔融焊料浴11中的情況中與接觸角(θ)的關系的該試樣10的銅合金成膜10a的焊料濕潤性的狀態(tài)。對已濺射成膜的部件進行焊接時，如圖1(a)和(b)所示，相對于熔融焊料浴，接觸角需為90度以下(θ≤90度)。進行濺射成膜并出廠后，截至焊接操作為止，無論部件所曝露的環(huán)境如何，例如高溫高濕的環(huán)境，都不會發(fā)生變色，接觸角穩(wěn)定，為小于90度，只要是這樣的材料，焊接操作的品質管理就會變得容易，焊接的可靠性提高。

需要說明的是，圖1(b)是銅合金成膜10a相對于熔融焊料浴11的接觸角(θ)為90度(θ＝90度)的情況，此時，雖然與θ＜90度的情況相比稍差，但焊料濕潤性良好。另一方面，圖1(c)是銅合金成膜10a相對于熔融焊料浴11的接觸角(θ)大于90度(θ＞90度)的情況，此時，判斷為焊料濕潤性不良。

另外，圖2是用于對將已濺射成膜的銅合金成膜試樣浸漬于熔融焊料浴中時的時間與濕潤力的關系進行說明的圖示。圖2中，零交叉時間、濕潤上升的時間越短且最大濕潤力越大，則截至焊料濕潤為止的時間越短，而且得到良好的焊接。其中，零交叉時間是指，截至焊料浴與成膜的接觸角成為90度以下為止的時間。

通過本實施方式的銅合金靶，通過該靶得到的銅合金成膜的零交叉時間與利用純度99.99％的銅靶進行成膜時的零交叉時間相比，相同或更短，具有優(yōu)異的焊料濕潤性。因此，通過這種銅合金成膜，能夠良好地進行焊接。

另外，對本實施方式的銅合金靶而言，其含氧量優(yōu)選為0.5質量ppm以上且50質量ppm以下的范圍。即使銅合金靶內的含氧量小于0.5質量ppm，雖然有關濺射成膜的變色、焊料濕潤性沒有變化，但制造時需要時間進行抽真空以除去腔體內的氣體成分，而且，為了利用氣體成分在液體和固體中的溶解度差而除去氣體成分，用于交替地進行多次銅合金的熔化和凝固的時間、電量增多，效率低。另一方面，如果含氧量大于50質量ppm，則濺射成膜的焊料濕潤性可能下降。

本實施方式的銅合金靶能夠通過下述方式進行制造：在將例如高頻真空熔化爐等可密閉的腔體內抽真空后，導入氬氣、氮氣等非活性氣體，以成為上述規(guī)定的成分組成的方式將金屬材料進行熔化并制作銅合金熔液，使用制作的銅合金熔液進行鑄造，由此能夠制造上述銅合金靶。需要說明的是，通過將由鑄造處理得到的鑄錠切割成期望的直徑、厚度的圓盤狀，能夠制作圓盤狀的銅合金靶。需要說明的是，靶的形狀不限于圓盤狀。

此時，進行熔化和鑄造操作時，優(yōu)選的是，在將可密閉的腔體內抽真空至0.01pa以下后，導入非活性氣體，將腔體內的壓力調節(jié)為50pa以上且90000pa以下進行操作。

通過將腔體內抽真空至0.01pa以下，能夠盡可能地除去腔體內的氧，從而能夠減少所得到的銅合金靶內的含氧量(含氧濃度)。具體而言，能夠將銅合金靶的含氧量調節(jié)為0.5質量ppm以上且50質量ppm以下的范圍，能夠進一步提高通過所述靶而得到的成膜的焊料濕潤性。

另外，在抽真空后，導入氬氣、氮氣等非活性氣體，將腔體內的壓力調節(jié)為50pa以上且90000pa以下，并在該壓力條件下進行熔化和鑄造，由此，在腔體內不會使銀蒸發(fā)，而能夠除去銅合金內所含的氫、氧等氣體成分，抑制鑄造后的鑄錠中產生孔穴(作為鑄造內部缺陷的空洞)，能夠防止使用銅合金靶進行濺射時的異常放電。

如果將導入非活性氣體后的腔體內的壓力設為小于50pa，則在金屬材料的熔化過程中，銀在腔體內蒸發(fā)，使檢查窗口變得模糊，因此，操作性變差，而且銀可能附著于振蕩線圈、電極端子等任何部分，銀的成品率降低，生產率變差。另一方面，如果腔體內的壓力大于90000pa，則熔化和鑄造時，銅合金中所含的氣體成分幾乎不會除去，導致鑄錠的內部即銅合金靶內部產生大量的孔穴，濺射時頻繁地發(fā)生異常放電。

對于導入非活性氣體后的腔體內的壓力，更優(yōu)選為10000pa以下。如果腔體內的壓力為10000pa以下，則即使作為原料使用含有大量氣體成分的電解銅、電解鎳、或者表面稍許氧化變色的電解銅時，氣體成分也會被良好地除去，能夠進一步抑制鑄錠內部產生孔穴，提高靶的生產收率。而且，含氧量降低，能夠進一步提高焊料濕潤性。

實施例

下面，使用實施例和比較例，進一步詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受下述實施例的任何限定。

《實施例和比較例》

＜銅合金靶的制造(制造例1)＞

在實施例和比較例中，以成為如下述表1所示的成分組成的方式，配制銅合金熔液，制造銅合金試樣。需要說明的是，如表1所示，作為成分，分別以規(guī)定的比例含有銀、鎳。

具體而言，使用高頻真空熔化爐，在將腔體內抽真空至0.009pa以下后，導入氬氣至500pa，制作具有如下述表1所示的成分組成的銅合金熔液，在所述壓力條件下保持10分鐘后，澆注至石墨鑄模中，制作鑄錠。然后，從制作的鑄錠中切割出厚度為5mm、直徑為75mm的圓盤形狀作為銅合金靶，用于進行下述評價。

＜評價＞

使用制作的銅合金靶，采用濺射法成膜于蒙乃爾(monel)板(ni-34質量％cu)，對焊料濕潤性和濺射成膜的變色進行評價。

使用芝浦機電株式會社(芝浦メカトロニクス株式會社)制造的濺射裝置(型號：cfs-4es-2)進行成膜。具體而言，在腔體內的真空度達到1×10^-3pa后，一邊以流量成為15sccm的方式供給氬，一邊進行濺射。使5mm×0.3mm×15mm的長方形狀的蒙乃爾板直立于與靶相向的基板支架并固定，使基板支架公轉，以0.5μm的厚度成膜于蒙乃爾板的整個面。

對焊料濕潤性的評價而言，使用株式會社力世科(レスカ)制的可焊性測試儀(solderchecker)(sat-5200)進行評價。焊料濕潤性的試驗中，作為助焊劑，使用由松香25％與異丙醇75％組成的非活性松香助焊劑。另外，作為焊料浴，使用溶解了sn-3質量％ag-0.5質量％cu且保持為245℃的熔融焊料浴。需要說明的是，銅合金成膜試樣在焊料浴中的浸漬速度為5mm/s、浸漬深度為2mm、浸漬時間為15秒。

其中，可焊性測試儀將作用于銅合金成膜試樣的浮力b與表面張力s的差作為濕潤力f(f＝s-b)，隨時間的推移，對該濕潤力f進行觀測。對于濺射成膜試樣(銅合金成膜試樣)的焊料濕潤性，使用截至焊料浴與銅合金成膜的接觸角成為90度以下為止的時間、即所謂的零交叉時間進行評價，相比于利用純度99.99％的銅靶進行成膜時的零交叉時間，相同或更短時，評價為“良”，更長時評價為“不良”。

需要說明的是，如圖2的圖示所示，零交叉時間是指截至焊料浴與銅合金成膜的接觸角成為90度以下為止的時間，該零交叉時間越短，意味著濕潤性越好，而且能夠在短時間內進行焊接。

通過目視對變色進行評價，以成膜時的顏色為基準，按照顏色的深淺順序，對在大氣中以150℃對4n純度銅進行加熱而成的氧化銅的顏色即暗橙色，評價為“5”，將未氧化的4n純度銅成膜的顏色評價為“3”，將如成膜時的淡銅色那樣的顏色評價為“1”，將處于上述各顏色中間的顏色評價為“4”、“2”，從5個顏色中判定最接近的顏色。另外，以剛成膜后(非加熱外觀色)以及在大氣中以150℃的溫度加熱10分鐘后(加熱后外觀色)這兩個階段標準，對變色進行評價。

＜結果＞

下述表1中示出了焊料濕潤性的評價結果以及變色的評價結果。需要說明的是，表1中，如上所述，將各實施例、比較例中的銅合金的成分組成也一并示出。另外，作為2014年的平均金屬價格，示出了以銅為0.7日元/g、銀為66.4日元/g、鎳為1.8日元/g計算出的每1g的合金價格。

表1

如表1的結果所示，實施例1～9中，焊料濕潤性良好，合金價格低廉。另外，其中，對于實施例1、實施例2中制造的銅合金靶而言，采用非活性氣體融解-紅外線檢測法、所謂的leco進行氧濃度測定，結果是實施例1、實施例2中的靶的含氧量分別為3質量ppm、1質量ppm，處于0.5質量ppm以上且50質量ppm的范圍內。

另一方面，比較例1、2、4～6中，雖然合金價格被抑制為低價，但焊料濕潤性不良。并且，比較例1中，加熱后觀察到了成膜的變色。另外，比較例3中，雖然焊料濕潤性良好，但合金價格為23.7日元/g，非常高。并且，比較例4中，如上所述，雖然合金價格低廉，但焊料濕潤性不良，而且觀察到了成膜的變色。

《制造例(參照例)2～4》

＜制造例2＞

作為參照，制造例2采用與實施例1中的銅合金靶相同的組成，將腔體內抽真空并在該狀態(tài)下進行熔化。需要說明的是，其他條件與實施例1相同。

其結果是，銀附著于腔體的檢查窗口內側，使檢查窗口迅速變得模糊，不能對腔體內部進行觀察，不能繼續(xù)操作。冷卻后，對腔體內進行觀察，結果發(fā)現銀不僅附著于腔體內壁，也附著于振蕩線圈、電極端子等所有部分，成為不安全的狀態(tài)。需要說明的是，所述熔化時的真空度為0.4pa。

＜制造例3＞

另外，作為制造例3，以與實施例1中的銅合金靶相同的組成，將腔體內的壓力設為與大氣壓大致相等的100000pa，進行鑄造。需要說明的是，其他條件與實施例1相同。

其結果，鑄錠內部產生大量的孔穴，處于難以直接用作靶的狀態(tài)。需要說明的是，將腔體內的壓力設為5000pa進行鑄造時，鑄錠內部的孔穴幾乎為0。

＜制造例4＞

另外，作為制造例4，以與實施例1中的銅合金靶相同的組成，在將腔體內抽真空至5000pa后立即將腔體密封，然后，導入氬氣，進行熔化和鑄造。需要說明的是，其他條件與實施例1相同。

對于以此方式制造的銅合金靶，利用leco測定氧濃度時，所述靶的含氧量大于50質量ppm，焊料濕潤性也不良。

工業(yè)實用性

根據本實施方式的焊接電極成膜用銅合金靶，即使加熱至例如150℃左右，也能夠有效地抑制外觀色的改變，能夠形成視覺上具有良好外觀的成膜，特別優(yōu)選作為重視外觀的情況下的焊接用合金靶。另外，由于加熱前后的焊料濕潤性被高度保持，因此，焊接的操作性容易，可靠性也高。進一步地，金屬價格比金、鈀、銀低廉，在電子部件行業(yè)中的利用價值非常大。

附圖標記說明

10(銅合金成膜)試樣

10a成膜(銅合金成膜)

11熔化焊料浴