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技術 Snを含有する粉末の製造方法及びSnを含有する粉末並びに該Snを含有する粉末を用いたはんだ用ペースト

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 宇野浩規久芳完治
出願日 2008年9月16日 (11年3ヶ月経過) 出願番号 2008-236374
公開日 2010年4月2日 (9年9ヶ月経過) 公開番号 2010-070775
状態 未査定
技術分野 はんだ付・ろう付材料 金属質粉又はその懸濁液の製造 粉末冶金
主要キーワード 炭素濃度測定 液体連続相 全粒子体積 錫溶液 マイクロ接合 金属塩溶液中 接合部品 Sn粉末
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (3)

課題

はんだ粉末として好適な、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造する方法を提供する。

解決手段

価クロムイオン溶液還元剤として用い、Snを含有する粉末の凝集を抑制する分散剤の存在下で、粉末を構成する金属を含む金属塩溶液に、2価クロムイオン溶液を加えて粉末を構成する金属を還元析出させることにより、体積累積中位径(Median径;D50)が5μm以下のSnを含有する粉末を製造する方法において、分散剤がArガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であることを特徴とする。

概要

背景

電子部品接合に用いられるはんだは環境の面から鉛フリー化が進められ、現在では、錫を主成分としたはんだ粉末が採用されている。はんだ粉末のような微細金属粉末を得る方法としては、ガスアトマイズ法回転ディスク法などといったアトマイズ法や、メルトスピニング法回転電極法などといった機械的プロセスによる方法が知られている。ガスアトマイズ法は、誘導炉ガス炉で金属を溶融した後、金属を溶融した溶湯を貯えるタンディッシュと呼ばれる容器の底のノズルから溶融金属流下させ、その周囲より高圧ガスを吹き付けて粉化する方法である。回転ディスク法とも呼ばれる遠心力アトマイズ法は、溶融した金属を高速で回転するディスク上に落下させて、接線方向に剪断力を加えて破断して微細粉を作る方法である。

一方、電子部品の微細化とともに接合部品ファインピッチ化も進んでおり、より微細な粒径のはんだ粉末が求められているため、こうしたファインピッチ化に向けた技術の改良も盛んに行われている。例えば、ガスアトマイズ法を改良した技術として、ガスを巻き込ませた状態の金属溶湯をノズルから噴出させ、このノズルの周囲から高圧ガスを吹き付けることを特徴とする金属微粉末の製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。上記特許文献1に開示された方法によれば、溶湯がノズルを通過する際にガスを巻き込ませることによって、ノズルから出湯した時点で溶湯がすでに分断され、より小さな粉末を製造することができる。また、回転ディスク法を改良した技術として、回転体に金属微粉末サイズ調整手段としてのメッシュを配し、このメッシュを通して溶融金属を飛散させる金属微粉末の製法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。上記特許文献2に開示された方法によれば、従来の回転ディスク法に比べて微細な金属微粉末を効率良く生成できる。更に、ガスアトマイズ法と回転ディスクを組み合わせた技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。これらとは別の微粉末作製に適した方法として、液体金属に圧力を加え、多孔質膜から接している液体連続相中に液体金属を分散させる技術(例えば、特許文献3参照。)や、高周波プラズマを用いたもの(例えば、特許文献4参照。)、そして3価チタン還元剤として用いたもの(例えば、特許文献5参照。)や2価クロムイオンを還元剤として用いた技術が知られている(例えば、特許文献6参照。)。
特開2004−18956号公報(請求項1、段落[0002])
特開平6−264116号公報(請求項1、段落[0016]、第3図)
皆川和己、澤英樹、木隆、苣生、唐捷、原田幸明、「鉛フリー微細球状粉末の新たな製造方法」、第12回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合実装技術、社団法人溶接学会、平成18年2月、p.113〜p.118
特許第3744519号
特開平8−90277
特許第3018655号
特開2003−306707

概要

はんだ粉末として好適な、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造する方法を提供する。2価クロムイオン溶液を還元剤として用い、Snを含有する粉末の凝集を抑制する分散剤の存在下で、粉末を構成する金属を含む金属塩溶液に、2価クロムイオン溶液を加えて粉末を構成する金属を還元析出させることにより、体積累積中位径(Median径;D50)が5μm以下のSnを含有する粉末を製造する方法において、分散剤がArガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であることを特徴とする。

目的

本発明の目的は、はんだ粉末として好適な、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造する方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有する、はんだ粉末として好適なSnを含有する粉末及び該粉末を用いたはんだ用ペーストを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

価クロムイオン溶液還元剤として用い、Snを含有する粉末凝集を抑制する分散剤の存在下で、前記粉末を構成する金属を含む金属塩溶液に、前記2価クロムイオン溶液を加えて前記粉末を構成する金属を還元析出させることにより、体積累積中位径(Median径;D50)が5μm以下のSnを含有する粉末を製造する方法において、前記Snを含有する粉末はSnの含有割合が94質量%以上であって、前記分散剤がArガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であり、かつ前記Snを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であることを特徴とするSnを含有する粉末の製造方法。

請求項2

Snを含有する粉末がはんだ粉末である請求項1記載のSnを含有する粉末の製造方法。

請求項3

Snを含有する粉末の体積累積中位径(Median径;D50)が1〜5μmであり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であるSnを含有する粉末。

請求項4

請求項3記載のSnを含有する粉末とはんだ用フラックスとを混合しペースト化して得られたはんだ用ペースト

請求項5

電子部品実装に用いられる請求項4記載のはんだ用ペースト。

技術分野

0001

本発明は、鉛フリーファインピッチはんだ粉末として好適なSnを含有する粉末の製造方法及びSnを含有する粉末並びに該粉末を用いたはんだ用ペーストに関するものである。

背景技術

0002

電子部品接合に用いられるはんだは環境の面から鉛フリー化が進められ、現在では、錫を主成分としたはんだ粉末が採用されている。はんだ粉末のような微細金属粉末を得る方法としては、ガスアトマイズ法回転ディスク法などといったアトマイズ法や、メルトスピニング法回転電極法などといった機械的プロセスによる方法が知られている。ガスアトマイズ法は、誘導炉ガス炉で金属を溶融した後、金属を溶融した溶湯を貯えるタンディッシュと呼ばれる容器の底のノズルから溶融金属流下させ、その周囲より高圧ガスを吹き付けて粉化する方法である。回転ディスク法とも呼ばれる遠心力アトマイズ法は、溶融した金属を高速で回転するディスク上に落下させて、接線方向に剪断力を加えて破断して微細粉を作る方法である。

0003

一方、電子部品の微細化とともに接合部品ファインピッチ化も進んでおり、より微細な粒径のはんだ粉末が求められているため、こうしたファインピッチ化に向けた技術の改良も盛んに行われている。例えば、ガスアトマイズ法を改良した技術として、ガスを巻き込ませた状態の金属溶湯をノズルから噴出させ、このノズルの周囲から高圧ガスを吹き付けることを特徴とする金属微粉末の製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。上記特許文献1に開示された方法によれば、溶湯がノズルを通過する際にガスを巻き込ませることによって、ノズルから出湯した時点で溶湯がすでに分断され、より小さな粉末を製造することができる。また、回転ディスク法を改良した技術として、回転体に金属微粉末サイズ調整手段としてのメッシュを配し、このメッシュを通して溶融金属を飛散させる金属微粉末の製法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。上記特許文献2に開示された方法によれば、従来の回転ディスク法に比べて微細な金属微粉末を効率良く生成できる。更に、ガスアトマイズ法と回転ディスクを組み合わせた技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。これらとは別の微粉末作製に適した方法として、液体金属に圧力を加え、多孔質膜から接している液体連続相中に液体金属を分散させる技術(例えば、特許文献3参照。)や、高周波プラズマを用いたもの(例えば、特許文献4参照。)、そして3価チタン還元剤として用いたもの(例えば、特許文献5参照。)や2価クロムイオンを還元剤として用いた技術が知られている(例えば、特許文献6参照。)。
特開2004−18956号公報(請求項1、段落[0002])
特開平6−264116号公報(請求項1、段落[0016]、第3図)
皆川和己、澤英樹、木隆、苣生、唐捷、原田幸明、「鉛フリー微細球状粉末の新たな製造方法」、第12回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合実装技術、社団法人溶接学会、平成18年2月、p.113〜p.118
特許第3744519号
特開平8−90277
特許第3018655号
特開2003−306707

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記特許文献1、2及び非特許文献1の方法により製造された、体積累積中位径(Median径;D50)5μm以下の金属微粉末をはんだ粉末として用いた場合、はんだ粉末の歩留まりが非常に悪いため、ファインピッチ用のはんだ粉末としては適さない。また上記特許文献3の技術では、上記特許文献1、2及び非特許文献の方法よりは歩留まりは改善されるものの、依然としてはんだ粉末の歩留まりが悪いため適さない。上記特許文献4の高周波プラズマを用いたものは、粒径0.4μmのはんだ粉末を得ることは可能であるが、サイズが小さすぎて、はんだ粉末として用いるには適さない。またプラズマを用いるため、製造装置イニシャルコスト及びランニングコストが高くなるという問題が生じる。

0005

低コストで、かつはんだ粉末に好適な金属微粉末を得る方法として特許文献5のような還元剤を用いた方法がある。この方法は大気中、または加圧中にて金属塩水溶液沸点温度以下で加熱し、そこに還元剤である三塩化チタンを加え攪拌し金属微粉末を得ることを特徴としている。しかしこの方法を用いて製造される鉛フリーのはんだ粉末は、鉛を含有するはんだ粉末に比べ酸化し易く、製造工程中の酸化を防ぐために不活性雰囲気中で行われる。そのため、製造されたはんだ粉末表面は無酸化状態であり、粉末同士が非常に凝集し易く、粉末の洗浄、乾燥などの工程にて粉末同士が接触すると直ちに強く凝集し、粉末状にはならないという問題が生じる。

0006

上記特許文献6の製造方法では、このようなSn粉末同士の凝集を抑制するためにポリビニルピロリドン分散剤として用いるが、製造されたSn微粉末は、その表面が多量のポリビニルピロリドンによって被覆される。そのため、このSn微粉末を用いて作製されたはんだ用ペーストは、加熱時にその温度がSnの融点Tm〜(融点Tm+40)℃の範囲に達しても、Sn微粉末を被覆するポリビニルピロリドンは沸点が高くその大部分が粉末表面に残留するため、粉末間の金属元素拡散阻害され、ペーストが溶融せずはんだバンプが形成されないという問題があった。

0007

本発明の目的は、はんだ粉末として好適な、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造する方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有する、はんだ粉末として好適なSnを含有する粉末及び該粉末を用いたはんだ用ペーストを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

請求項1に係る発明は、2価クロムイオン溶液を還元剤として用い、Snを含有する粉末の凝集を抑制する分散剤の存在下で、この粉末を構成する金属を含む金属塩溶液に、2価クロムイオン溶液を加えて粉末を構成する金属を還元析出させることにより、体積累積中位径(Median径;D50)が5μm以下のSnを含有する粉末を製造する方法において、Snを含有する粉末はSnの含有割合が94質量%以上であって、分散剤がArガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であることを特徴とするSnを含有する粉末の製造方法である。

0009

請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、Snを含有する粉末がはんだ粉末であるSnを含有する粉末の製造方法である。

0010

請求項3に係る発明は、Snを含有する粉末の体積累積中位径(Median径;D50)が1〜5μmであり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であるSnを含有する粉末である。

0011

請求項4に係る発明は、請求項3記載のSnを含有する粉末とはんだ用フラックスとを混合しペースト化して得られたはんだ用ペーストである。

0012

請求項5に係る発明は、電子部品の実装に用いられる請求項4記載のはんだ用ペーストである。

発明の効果

0013

請求項1に係る発明によれば、分散剤がArガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であっても、使用する分散剤が非常に分散性に優れるため、Snを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下となる量で十分に分散性を付与することができる。これにより、はんだ粉末として好適な、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造することができる。

0014

請求項3に係る発明によれば、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害せず良好な溶融性を有するため、はんだ粉末として好適に用いることができる。また、このSnを含有する粉末をはんだ粉末として用いたはんだ用ペーストは、微細なSnを含有する粉末を使用しているため、ファインピッチ化が進んでいる電子部品の実装に好適に用いることができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の製造方法は、2価クロムイオン溶液を還元剤として用い、Snを含有する粉末の凝集を抑制する分散剤の存在下で、粉末を構成する金属を含む金属塩溶液に、2価クロムイオン溶液を加えて粉末を構成する金属を還元析出させることにより、体積累積中位径(Median径;D50)が5μm以下のSnを含有する粉末を製造する方法の改良である。その特徴ある構成は、Snを含有する粉末はSnの含有割合が94質量%以上であって、分散剤がArガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であることにある。なお、本発明において体積累積中位径(Median径;D50)とは、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定装置(堀場製作所社製 LA−950)にて測定した粒度分布において、全粒子体積に対する累積粒子体積が50%となるときの平均粒子径をいう。また、本明細書においてSnを含有する粉末とは、Sn粉末単体又はSnを94質量%以上含み、かつSn以外の他の金属元素を含む金属粉末をいい、Sn以外の他の金属元素には、Cu又はAgが挙げられる。また、本明細書において、融点Tmは、具体的には217〜250℃である。

0016

本発明の製造方法を図1に示す。先ず、Snを含有する粉末を構成する金属を含む金属塩溶液を調製する。この金属塩溶液としては、Sn粉末単体を得る場合は、塩化第1錫溶液を用いるのが好ましい。一方、Snを94質量%以上含み、かつSn以外の他の金属元素を含む金属粉末を得るには、塩化第1錫とSn以外の他の金属塩化物又は硫酸化物との混合溶液を用いるのが好ましい。例えば、Sn以外の他の金属元素がCuの場合は、塩化第1錫と塩化第2銅二水和物を溶解した混合溶液を用いる。金属塩溶液中金属イオンの濃度は生産効率及び粉末同士の凝集を防止する理由から、0.05〜1mol/Lが好ましい。下限値未満では、1Lotから得られる粉末が少なすぎて生産効率が悪く、上限値を越えると分散剤を加えても粉末同士の凝集を抑制する効果が得られにくいからである。

0017

次に、所定の濃度に調整した金属塩溶液のpHを1以下に調整する。pHを1以下とするのは、pHが1を越えると沈殿物が生じる等の不具合が生じる場合があるからである。また、金属塩溶液中のSn2+イオン等は、pHによって金属イオンの状態が異なる。例えば塩化第1錫溶液の場合、pH1以下ではSn2+イオンの状態で存在するが、pHが1より大きく、かつ10以下の範囲では水酸化錫沈澱し、pH10を越えるとSnO32-イオンになる。因みに、塩化第1錫溶液のSn2+濃度を調整する際に水で希釈してpHが1以上になると、水酸化錫が沈澱して液が白濁し、還元剤を添加しても金属錫の沈澱を得ることができない。従って、金属塩溶液のpHは、塩酸又は硫酸を用いて希釈するのが好ましい。

0018

次に、金属イオン濃度とpHを調整した金属塩溶液に金属粒子の凝集を抑制する分散剤を加える。この分散剤に、少量で分散性に優れたものを使用することにより、上述した上記特許文献6による不具合が解消され、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造することができる。使用する分散剤は、Arガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件で熱重量分析を行った場合、Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における重量減少率が40%未満であり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であることにある。

0019

Snを含有する粉末を構成する金属の融点Tm〜(融点Tm+40)℃までの範囲における熱重量分析よる重量減少率が40%未満の分散剤を使用する場合、その添加量が多いと、従来のように粉末を被覆する分散剤が粉末表面に残留し、粉末間の金属元素拡散が阻害されるという不具合が生じる。そのため、製造されるSnを含有する粉末において、分散剤の添加量に依存する炭素濃度測定値が800ppm以下であっても、高い分散性を有する必要がある。このような性質を有する分散剤としては、ポリマレイン酸ヒドロキシプロピルセルロース又はポリビニルアルコール等が挙げられる。具体的には、これら分散剤の添加量は、金属塩溶液中の金属イオン1molに対して、0.1〜20gである。また、金属塩溶液に分散剤を添加した後は、スターラー等の方法により、好ましくは回転速度100〜800rpmで5〜60分間攪拌する。

0020

次に、金属粒子の凝集を防止する上記分散剤の存在下で、金属塩溶液に還元剤溶液を加えて液中の金属を還元析出させる。還元剤としては、水素過電圧に影響されないという理由から、2価クロムイオンを用いるのが好ましい。従来の還元剤として水素化ホウ素ナトリウムジメチルアミンボランヒドラジン等が知られているが、これらの還元剤では、水素過電圧の高いSnの表面では持続的なSn2+イオンの還元が起こりにくく、Snの核は生成するものの、目的とするサイズまで核成長させることは困難である。

0021

この2価クロムイオンは不安定であるので、金属塩溶液と混合する際に調製するのが好ましい。具体的には、例えば、混合直前に塩化第2クロム溶液を非酸化性雰囲気下で金属亜鉛に接触させてクロムを還元し、塩化第1クロム溶液としたものを用いると良い。塩化第2クロム溶液のpHは、0〜2に調整するのが好ましい。pHが下限値未満では、Sn2+イオンを還元した際に溶液全体のpHが低すぎてSn粉末同士の凝集が発生しやすく、上限値を越えると、3価クロムイオンが水酸化物として沈殿するという不具合が生じやすいからである。

0022

分散剤を加えた金属塩溶液と2価クロムイオン溶液とを混合した後は、スターラー等の方法により、好ましくは5〜60分間、回転速度100〜800rpmにて攪拌することにより、液中の金属を還元析出させる。攪拌による反応時間が下限値未満では未反応イオンが存在し、収率の低下を招き、上限値を越えると長時間、液中の粉末間で衝突が起きることにより凝集が発生しやすくなる。また、回転速度が下限値未満では、金属塩溶液と2価クロムイオン溶液の混合が不十分となり濃度が不均一になるため、粉末の粒径に大きなばらつきが生じやすく、上限値を越えると粉末間の衝突が激しくなり、凝集が発生しやすくなる。このうち、10〜30分間、回転速度200〜500rpmにて攪拌するのが特に好ましい。

0023

以上の反応工程において、金属亜鉛によるクロムの還元および2価クロムイオンによる金属イオンの還元は何れも非酸化性雰囲気下で行うのが好ましい。具体的には例えば窒素ガス導入下で反応させるのが好ましい。

0024

本発明の製造方法を図2を用いて説明する。図2は本発明のSnを含有する粉末の製造方法に好適に用いられる製造装置の一例を表した概略図である。この製造装置10は、反応容器11と、還元液作製手段12と、還元液作製手段12により作製された還元液を貯える貯蔵容器13とを備える。またこの貯蔵容器13に貯えられた還元液を反応容器11へ送り出すポンプ14を備え、更に反応容器11内を攪拌混合するスターラー16及び攪拌子17とを備える。上記還元液作製手段12には金属亜鉛を充填した還元部18が設けられてる。還元部18には、還元液を貯蔵容器13へ供給するための第1管路31が設けられている。また貯蔵容器13からポンプ14へ還元液を供給する第2管路32、更にはポンプ14から反応容器11へと還元液を供給する第3管路33が設けられている。

0025

また還元部18には、還元部18、第1管路31、貯蔵容器13、第2管路32、ポンプ14、第3管路33へ窒素ガスを導入するための第4管路34が設けられている。そして反応容器11には、窒素ガスを供給するための第5管路36と、反応容器11から窒素ガスを外部へ流出させるための第6管路37が設けられている。

0026

先ず、上記製造装置10において、金属塩溶液における金属の還元析出を行う直前に第4管路34を通じて還元部18、第1管路31、貯蔵容器13、第2管路32、ポンプ14、第3管路33に導入し、窒素ガスによる置換を行う。同様に、第5管路36を通じて反応容器11に窒素ガスを導入し、窒素ガスによる置換を行う。なお、反応容器11に導入された窒素ガスは、第6管路37を通じて外部に流出される。次に、反応容器11に分散剤を添加した金属塩溶液を導入する。次いで、還元部18に塩化第2クロム溶液を導入し、金属亜鉛に接触させて、2価クロムイオン溶液の塩化第1クロムに還元する。これを還元液として用い、第1管路31を通じて貯蔵容器13に貯蔵する。貯蔵容器13に貯蔵された還元液を第2管路32を通じてポンプ14に供給し、更に第3管路33を通じて、ポンプ14から反応容器11に供給する。このとき、スターラー16及び攪拌子17にて反応容器11内に供給された金属塩溶液と還元液とを一定時間、攪拌混合し、金属イオンを還元して金属を析出させることにより金属粒子を作製する。最後に、静置沈降により固液分離し、回収した金属粒子の沈殿物を水で洗浄した後、真空乾燥させることにより粉末を得る。

0027

以上の工程により、はんだ粉末として好適な、粉末同士が凝集し難く、かつ粉末間の金属元素拡散を阻害することなく良好な溶融性を有するSnを含有する粉末を製造することができる。

0028

本発明の製造方法により製造されたSnを含有する粉末は、体積累積中位径(Median径;D50)が1〜5μmであり、かつSnを含有する粉末の炭素濃度測定値が800ppm以下であるSnを含有する粉末である。そのため、はんだ粉末として好適に用いることができる。また、このSnを含有する粉末とはんだ用フラックスとを混合しペースト化して得られたはんだ用ペーストは、微細なSnを含有する粉末を使用しているため、ファインピッチ化が進んでいる電子部品、例えばパッケージ用途、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)用有機セラミック基板又はCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、Chipset用有機基板等の実装に好適に用いることができる。

0029

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例1>
先ず、水50mlに、塩化第1錫2.64×10-2molを加え、スターラーを用いて回転速度300rpmで5分間攪拌した後、塩酸にてpH0.5の溶液を調整し金属塩溶液を調製した。次に、この金属塩溶液に分散剤としてポリマレイン酸0.05gを加え、回転速度300rpmにて10分間攪拌し、溶解させた。次いで、図2に示す装置を用いて、塩酸にてpHを0.5に調整した1.58mol/Lの塩化第2クロム溶液50mlを、2価クロムイオン水溶液(塩化第1クロム溶液)50mlに還元し、上記分散剤を加えた金属塩溶液に、添加速度50ml/secにて加えた後、回転速度500rpmにて10分間攪拌することで、錫イオンを還元し、錫粒子分散水溶液を得た。その後、60分間静置することで錫粒子を沈降させ、上澄み液を捨て、これに水100mlを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌し、60分間静置した。この水を加えて攪拌し、60分間静置する工程を1サイクルとし、この工程を4サイクル繰り返すことにより、錫粒子の沈殿物を洗浄した。最後に、洗浄した錫粒子の沈殿物を真空乾燥機にて12時間以上乾燥させ、錫粉末を得た。

0030

また、上記得られた錫粉末をはんだ粉末として用い、このはんだ粉末80質量%とRMA(Rosin Mildly Activated)フラックス20質量%とを混合し、この混合物三本ロールミルにて解砕混練してはんだ用ペーストを得た。

0031

<実施例2>
水50mlに塩化第2銅二水和物3.47×10-4molと塩化第1錫2.64×10-2molを加え、スターラーを用いて回転速度300rpmにて5分間攪拌した後、塩酸にてpH0.5に調整し金属塩溶液を調製した。次に、この金属塩溶液に分散剤としてポリマレイン酸を0.05g加え、回転速度300rpmにて10分間攪拌し、溶解させた。次いで、図2に示す装置を用いて、塩酸にてpH0.5に調整した1.58mol/Lの塩化第2クロム溶液50mlを、2価クロムイオン水溶液(塩化第1クロム溶液)50mlに還元し、上記分散剤を加えた金属塩溶液に、添加速度50ml/secにて加えた後、回転速度500rpmにて10分間攪拌することで、銅イオン、錫イオンを還元し、銅及び錫を含有する金属粒子の分散水溶液を得た。その後、60分間静置することで銅及び錫を含有する金属粒子を沈降させ、上澄み液を捨て、これに水100mlを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌し、60分間静置した。この水を加えて攪拌し、60分間静置する工程を1サイクルとし、この工程を4サイクル繰り返すことにより、銅及び錫を含有する金属粒子の沈殿物を洗浄した。最後に、洗浄した銅及び錫を含有する金属粒子の沈殿物を真空乾燥機にて12時間以上乾燥させ、銅及び錫を含有する粉末を得た。

0032

また、上記得られた銅及び錫を含有する粉末をはんだ粉末として用い、このはんだ粉末80質量%とRMAフラックス20質量%とを混合し、この混合物を三本ロールミルにて解砕、混練してはんだ用ペーストを得た。

0033

<実施例3>
水50mlに塩化第2銅二水和物3.47×10-4molと塩化第1錫2.64×10-2molを加え、スターラーを用いて回転速度300rpmにて5分間攪拌した後、塩酸にてpH0.5に調整し金属塩溶液を調製した。次に、この金属塩溶液に分散剤としてヒドロキシプロピルメチルセルロースを0.01g加え、回転速度300rpmにて10分間攪拌し、溶解させた。次いで、図2に示す装置を用いて、塩酸にてpH0.5に調整した1.58mol/Lの塩化第2クロム溶液50mlを、2価クロムイオン水溶液(塩化第1クロム溶液)50mlに還元し、上記分散剤を加えた金属塩溶液に、添加速度50ml/secにて加えた後、回転速度500rpmにて10分間攪拌することで、銅イオン、錫イオンを還元し、銅及び錫を含有する金属粒子の分散水溶液を得た。その後、60分間静置することで銅及び錫を含有する金属粒子を沈降させ、上澄み液を捨て、これに水100mlを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌し、60分間静置した。この水を加えて攪拌し、60分間静置する工程を1サイクルとし、この工程を4サイクル繰り返すことにより、銅及び錫を含有する金属粒子の沈殿物を洗浄した。最後に、洗浄した銅及び錫を含有する金属粒子の沈殿物を真空乾燥機にて12時間以上乾燥させ、銅及び錫を含有する粉末を得た。

0034

また、上記得られた銅及び錫を含有する粉末をはんだ粉末として用い、このはんだ粉末80質量%とRMAフラックス20質量%とを混合し、この混合物を三本ロールミルにて解砕、混練してはんだ用ペーストを得た。

0035

<実施例4>
水50mlに塩化第2銅二水和物3.47×10-4molと塩化第1錫2.64×10-2molを加え、スターラーを用いて回転速度300rpmにて5分間攪拌した後、塩酸にてpH0.5に調整し金属塩溶液を調製した。次に、この金属塩溶液に分散剤としてポリビニルアルコールを0.005g加え、回転速度300rpmにて10分間攪拌し、溶解させた。次いで、図2に示す装置を用いて、塩酸にてpH0.5に調整した1.58mol/Lの塩化第2クロム溶液50mlを、2価クロムイオン水溶液(塩化第1クロム溶液)50mlに還元し、上記分散剤を加えた金属塩溶液に、添加速度50ml/secにて加えた後、回転速度500rpmにて10分間攪拌することで、銅イオン、錫イオンを還元し、銅及び錫を含有する金属粒子の分散水溶液を得た。その後、60分間静置することで銅及び錫を含有する金属粒子を沈降させ、上澄み液を捨て、これに水100mlを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌し、60分間静置した。この水を加えて攪拌し、60分間静置する工程を1サイクルとし、この工程を4サイクル繰り返すことにより、銅及び錫を含有する金属粒子の沈殿物を洗浄した。最後に、洗浄した銅及び錫を含有する金属粒子の沈殿物を真空乾燥機にて12時間以上乾燥させ、銅及び錫を含有する粉末を得た。

0036

また、上記得られた銅及び錫を含有する粉末をはんだ粉末として用い、このはんだ粉末80質量%とRMAフラックス20質量%とを混合し、この混合物を三本ロールミルにて解砕、混練してはんだ用ペーストを得た。

0037

<比較例1>
先ず、水50mlに、塩化第1錫2.64×10-2molを加え、スターラーを用いて回転速度300rpmで5分間攪拌した後、塩酸にてpH0.5の溶液を調整し金属塩溶液を調製した。次に、この金属塩溶液に分散剤としてポリビニルピロリドン0.05gを加え、回転速度300rpmにて10分間攪拌し、溶解させた。次いで、図2に示す装置を用いて、塩酸にてpHを0.5に調整した1.58mol/Lの塩化第2クロム溶液50mlを、2価クロムイオン水溶液(塩化第1クロム溶液)50mlに還元し、上記分散剤を加えた金属塩溶液に、添加速度50ml/secにて加えた後、回転速度500rpmにて10分間攪拌することで、錫イオンを還元し、錫粒子の分散水溶液を得た。その後、60分間静置することで錫粒子を沈降させ、上澄み液を捨て、これに水100mlを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌し、60分間静置した。この水を加えて攪拌し、60分間静置する工程を1サイクルとし、この工程を4サイクル繰り返すことにより、錫粒子の沈殿物を洗浄した。最後に、洗浄した錫粒子の沈殿物を真空乾燥機にて12時間以上乾燥させ、錫粉末を得た。

0038

また、上記得られた錫粉末をはんだ粉末として用い、はんだ用ペーストの作製を試みたものの、粉末同士の凝集が強く、はんだ用ペーストが作製できなかった。

0039

<比較例2>
先ず、水50mlに、塩化第1錫2.64×10-2molを加え、スターラーを用いて回転速度300rpmで5分間攪拌した後、塩酸にてpH0.5の溶液を調整し金属塩溶液を調製した。次に、この金属塩溶液に分散剤としてポリビニルピロリドン1.0gを加え、回転速度300rpmにて10分間攪拌し、溶解させた。次いで、図2に示す装置を用いて、塩酸にてpHを0.5に調整した1.58mol/Lの塩化第2クロム溶液50mlを、2価クロムイオン水溶液(塩化第1クロム溶液)50mlに還元し、上記分散剤を加えた金属塩溶液に、添加速度50ml/secにて加えた後、回転速度500rpmにて10分間攪拌することで、錫イオンを還元し、錫粒子の分散水溶液を得た。その後、60分間静置することで錫粒子を沈降させ、上澄み液を捨て、これに水100mlを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌し、60分間静置した。この水を加えて攪拌し、60分間静置する工程を1サイクルとし、この工程を4サイクル繰り返すことにより、錫粒子の沈殿物を洗浄した。最後に、洗浄した錫粒子の沈殿物を真空乾燥機にて12時間以上乾燥させ、錫粉末を得た。

0040

また、上記得られた錫粉末をはんだ粉末として用い、このはんだ粉末80質量%とRMAフラックス20質量%とを混合し、この混合物を三本ロールミルにて解砕、混練してはんだ用ペーストを得た。

0041

比較試験及び評価>
実施例1〜4及び比較例1,2で使用した分散剤について、熱重量分析による重量減少率を測定した。この結果を次の表1に示す。
(1) 分散剤の熱重量分析:実施例1〜4及び比較例1,2で使用した分散剤6mgそれぞれを試料とし、熱重量分析装置(Bruker AXS社製 TG−DTA2000S)を用いて、Arガス雰囲気中、昇温速度10℃/minの条件下、はんだペーストリフロー時の最高温度250℃における重量減少率(%)を測定した。

0042

また、実施例1〜4及び比較例1,2で得られたSnを含有する粉末について、粒度分布、歩留まり及び炭素濃度を測定した。これらの結果を次の表1に示す。
(2)粒度分布測定:Snを含有する粉末0.6gを0.2質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液60mlに加え、超音波ホモジナイザーにて5分間分散させ、試料となる粉末分散溶液を調製した。次にこの粉末分散溶液をレーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定装置(堀場製作所社製 LA−950)にて体積基準により粒度分布を測定し、その累積頻度D50の粒子径、即ち体積累積中位径(Median径;D50)と、5μm以下の歩留まりを求めた。
(3) 炭素濃度分析高周波炉燃焼方式装置(LECO社製 CS−444LS型)を用いて分析し、Snを含有する粉末の炭素濃度を測定した。

0043

更に、実施例1〜4及び比較例2で得られたはんだ用ペーストについて、その溶融性を評価した。この結果を次の表1に示す。
(4) 溶融性:実施例1〜4及び比較例2で得られたSnを含有する粉末を用いて作製したはんだ用ペーストをフリップチップ実装用基板印刷した。次に、窒素ガス雰囲気中、最高温度250℃でリフローすることにより、はんだバンプを形成した。次いで、光学顕微鏡にてはんだバンプを観察し、はんだ粉末が完全に溶融して1つのはんだバンプを形成している場合をA、はんだ粉末が溶融してはんだバンプを形成しているものの、はんだバンプ周辺に溶融していないはんだ粉末が存在している場合又ははんだバンプ周辺にはんだボールと呼ばれる、溶融しているものの凝集していないはんだが存在している場合をB、はんだ粉末が溶融せず、はんだバンプの形成が確認できないものをCとした。

0044

表1から明らかなように、実施例1〜4と比較例1を比較すると、実施例1〜4で製造されたSnを含有する粉末は、比較例1で製造されたSn粉末に比べて歩留まりが高く、凝集の抑制が高いことが確認された。また、比較例2と比較すると、実施例1〜4で製造されたSnを含有する粉末は、比較例2で製造されたSn粉末よりも歩留まりは多少低い結果となったが、比較例2で製造されたSn粉末では、はんだ粉末が溶融せず、はんだバンプの形成ができなかった。これに対し、実施例1〜4で製造されたSnを含有する粉末は高い溶融性を示し、はんだ粉末に好適であることが確認された。また、比較例1では、Sn粉末同士が凝集したため、体積累積中位径が測定できず、また、炭素濃度が極端に高くなりすぎたため測定できなかった。更に、解砕が不可能なほど粉末同士の凝集が強く、はんだ用ペーストが作製できなかったため、はんだ用ペーストの溶融性が測定できなかった。

図面の簡単な説明

0045

本発明のSnを含有する粉末の製造方法を表す工程図である。
本発明の製造方法を実施する装置の一例を表した概略図である。

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