JP4797968B2 - Solder powder and solder paste using this powder - Google Patents
Solder powder and solder paste using this powderInfo
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Description
本発明は、ファインピッチ用鉛フリーのハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストに関する。更に詳しくは、平均粒径が５μｍ以下のハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストに関するものである。 The present invention relates to a lead-free solder powder for fine pitch and a solder paste using this powder. More specifically, the present invention relates to a solder powder having an average particle size of 5 μm or less and a solder paste using this powder.
電子部品の接合に用いられるハンダは環境の面から鉛フリー化が進められ、現在では、錫を主成分としたハンダ粉末が採用されている。ハンダ粉末のような微細な金属粉末を得る方法としては、ガスアトマイズ法や回転ディスク法などのアトマイズ法の他に、メルトスピニング法、回転電極法、機械的プロセス、化学的プロセス等が知られている。ガスアトマイズ法は、誘導炉やガス炉で金属を溶融した後、タンディッシュの底のノズルから溶融金属を流下させ、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。また回転ディスク法は、遠心力アトマイズ法とも呼ばれ、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。 Solder used for joining electronic parts has been made lead-free from the viewpoint of the environment, and at present, solder powder mainly composed of tin is used. As a method for obtaining a fine metal powder such as a solder powder, in addition to an atomizing method such as a gas atomizing method or a rotating disk method, a melt spinning method, a rotating electrode method, a mechanical process, a chemical process, or the like is known. . The gas atomization method is a method in which after melting a metal in an induction furnace or a gas furnace, the molten metal is caused to flow down from a nozzle at the bottom of the tundish, and high pressure gas is sprayed from the surrounding area to pulverize. The rotating disk method is also called a centrifugal force atomizing method, and is a method in which molten metal is dropped on a rotating disk at high speed, and a shearing force is applied in a tangential direction to break and make a fine powder.
一方、電子部品の微細化とともに接合部分のファインピッチ化も進んでおり、より微細な粒径のハンダ粉末が求められ、それぞれの技術の改良が進められている。具体的には、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より噴射させ、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既に分断され、より平均粒径の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法を組合せた技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。このガスアトマイズ法と回転ディスク法を組合せた技術では、ノズルから流出した溶融金属に不活性ガスのジェット流を吹付けて溶融金属を粉砕し、更にこの粉砕した溶融金属を回転するディスク上に落下させるように構成される。このように構成されたガスアトマイズ法と回転ディスク法を組合せた技術では、それぞれの単体法よりも微細粉を作製できるようになっている。
Further, as a technique for improving the rotating disk method, a method for producing metal fine powder is disclosed in which a mesh as metal fine powder size adjusting means is arranged on a rotating body and molten metal is scattered through the mesh (for example, Patent Document 2). reference.). According to the method disclosed in Patent Document 2, a fine metal fine powder can be efficiently generated as compared with the conventional rotating disk method.
Further, a technique combining a gas atomizing method and a rotating disk method has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In the technology combining the gas atomizing method and the rotating disk method, the molten metal flowing out from the nozzle is sprayed with an inert gas jet to pulverize the molten metal, and the crushed molten metal is dropped onto the rotating disk. Configured as follows. With the technology combining the gas atomizing method and the rotating disk method configured as described above, it is possible to produce finer powder than the respective single methods.
しかしながら、上記特許文献１、特許文献２及び非特許文献１に示される方法では、現在求められている平均粒径が５μｍ以下である、微細なハンダ粉末の収率が非常に悪く、製造コストが高くなるという不具合があった。
また、上記特許文献１、特許文献２及び非特許文献１に示される方法で製造されたハンダ粉末を分級して５μｍ以下の微細なハンダ粉末を得ても、このハンダ粉末では、体積に比べて表面積が大きくなり酸化膜が多くなるため、ハンダ粉末の溶融時に酸化膜の影響によりハンダ合金中に気泡や亀裂等のボイドが増加してしまい、ハンダ合金の電気抵抗の増加及び機械的強度の低下が発生する問題点もあった。
本発明の目的は、比較的酸化し易い錫の酸化を阻止することにより、ハンダ粉末の溶融時にハンダ合金中へのボイドの発生を抑制してハンダ合金の電気抵抗の増加及び機械的強度の低下を防止できる、ハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストを提供することにある。
本発明の別の目的は、平均粒径を５μｍ以下とすることにより、ハンダ用ペーストのファインピッチパターンでの印刷性を向上できる、ハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストを提供することにある。
なお、本明細書において、『ハンダ合金』とは、ハンダ粉末とハンダ用フラックスとを混合して得られたハンダ用ペーストを加熱してハンダ粉末を溶融させたときに、ハンダ粉末の中心核をなす金属と被覆層をなす金属とが融和混合したものをいい、その後に固化したものも含む。
However, in the methods shown in Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1, the yield of fine solder powder having an average particle size of 5 μm or less that is currently required is very poor, and the production cost is low. There was a problem of becoming higher.
Moreover, even if it classifies the solder powder manufactured by the method shown by the said patent document 1, the patent document 2, and the nonpatent literature 1, and obtains fine solder powder of 5 micrometers or less, in this solder powder, compared with a volume. Since the surface area increases and the oxide film increases, voids such as bubbles and cracks increase in the solder alloy due to the influence of the oxide film when the solder powder melts, increasing the electrical resistance and decreasing the mechanical strength of the solder alloy. There was also a problem that occurred.
The object of the present invention is to prevent the oxidation of tin, which is relatively easy to oxidize, thereby suppressing the generation of voids in the solder alloy when the solder powder is melted, thereby increasing the electrical resistance and decreasing the mechanical strength of the solder alloy. An object of the present invention is to provide a solder powder and a solder paste using this powder.
Another object of the present invention is to provide a solder powder and a solder paste using this powder, which can improve the printability of the solder paste in a fine pitch pattern by setting the average particle size to 5 μm or less. is there.
In this specification, the “solder alloy” means a central core of the solder powder when the solder paste obtained by mixing the solder powder and the solder flux is heated to melt the solder powder. This refers to a mixture of the formed metal and the metal forming the coating layer, including those solidified afterwards.
請求項１に係る発明は、中心核及びこの中心核を被包する被覆層で構成される構造を有する平均粒径５μｍ以下のハンダ粉末であって、中心核が錫からなり、被覆層が銀、銅又はゲルマニウムのいずれか１種からなり、錫の含有割合が９０〜９９．９質量％であることを特徴とするハンダ粉末である。
この請求項１に記載されたハンダ粉末では、比較的酸化し易い錫からなる中心核が、比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されるので、錫の酸化を阻止できる。またハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。更にハンダ粉末の錫の含有割合を９０〜９９．９質量％としたので、錫単体によるハンダ粉末とほぼ同一の比較的低い温度で溶融する。
なお、上記請求項１において、被覆層が銀を含むとき銀の含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜５．０質量％であり、被覆層が銅を含むとき銅の含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜１．０質量％であり、被覆層がゲルマニウムを含むときゲルマニウムの含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜１．０質量％である。
また、上記請求項１において、被覆層を無電解めっきにて作製することができる。
The invention according to claim 1 is a solder powder having an average particle diameter of 5 μm or less having a structure composed of a central core and a coating layer encapsulating the central core, the central core is made of tin, and the coating layer is silver , copper or made from any one of germanium, a solder powder content of tin, characterized in that 90 to 99.9 wt%.
In the solder powder according to the first aspect, since the central core made of tin that is relatively easily oxidized is encapsulated by the coating layer made of silver, copper, or the like that is relatively difficult to oxidize, oxidation of tin can be prevented. . Further, since the solder powder is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on the substrate or the like in a fine pitch pattern. Further, since the content ratio of tin in the solder powder is set to 90 to 99.9 mass%, the solder powder is melted at a relatively low temperature that is almost the same as that of the solder powder made of simple tin.
In addition, in the said Claim 1, when a coating layer contains silver, the content rate of silver is 0.1-5.0 mass% with respect to 100 mass% of powder whole quantity, and when a coating layer contains copper, it is copper. content is from 0.1 to 1.0 wt% based on the total amount 100 mass% powder, 0.1 with respect to 100 mass% content ratio powder total amount of germanium when the covering layer comprises germanium 1.0% by mass.
Moreover, in the said Claim 1, a coating layer can be produced by electroless plating.
請求項４に係る発明は、中心核及びこの中心核を被包する被覆層で構成される構造を有する平均粒径５μｍ以下のハンダ粉末であって、中心核が錫からなり、被覆層がビスマスからなり、錫の含有割合が４０〜６０質量％であることを特徴とするハンダ粉末である。
この請求項４に記載されたハンダ粉末では、比較的酸化し易い錫からなる中心核が、比較的酸化し難いビスマスからなる被覆層により被包されるので、錫の酸化を阻止できる。またハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。
なお、上記請求項４において、被覆層がビスマスを含むときビスマスの含有割合が粉末全体量１００質量％に対して４０〜６０質量％である。
また、上記請求項４において、被覆層を無電解めっきにて作製することができる。
The invention according to claim 4 is a solder powder having an average particle diameter of 5 μm or less having a structure composed of a central core and a coating layer encapsulating the central core, the central core is made of tin, and the coating layer is bismuth. The solder powder is characterized in that the tin content is 40 to 60% by mass.
In the solder powder according to the fourth aspect, since the central core made of tin that is relatively easily oxidized is encapsulated by the coating layer made of bismuth that is relatively difficult to oxidize, oxidation of tin can be prevented. Further, since the solder powder is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on the substrate or the like in a fine pitch pattern.
In addition, in the said Claim 4, when a coating layer contains bismuth, the content rate of bismuth is 40-60 mass% with respect to 100 mass% of powder whole quantity.
Moreover, in the said Claim 4, a coating layer can be produced by electroless plating.
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６いずれか１項に記載のハンダ粉末とハンダ用フラックスを混合してペースト化することにより得られたハンダ用ペーストである。
この請求項７に記載されたハンダ用ペーストでは、このハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末の中心核が比較的酸化し易い錫からなるけれども、この中心核が比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されるので、錫の酸化を阻止できる。またハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明であって、更に電子部品の実装に用いられることを特徴とする。
この請求項８に記載されたハンダ用ペーストでは、このハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末の中心核が比較的酸化し易い錫からなるけれども、この中心核が、比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されるので、錫の酸化を阻止できる。またハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷でき、より微細な電子部品をハンダ用ペーストにより実装できる。
The invention according to claim 7 is a solder paste obtained by mixing the solder powder according to any one of claims 1 to 6 and a solder flux into a paste.
In the solder paste according to claim 7, although the central core of the solder powder contained in the solder paste is made of tin that is relatively easily oxidized, the central core is made of silver, copper, or the like that is relatively difficult to oxidize. Since it is encapsulated by the coating layer, tin oxidation can be prevented. Further, since the solder powder contained in the solder paste is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on a substrate or the like with a fine pitch pattern.
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7 and is further used for mounting electronic components.
In the solder paste described in claim 8, although the central core of the solder powder contained in the solder paste is made of tin that is relatively easy to oxidize, the central core is relatively difficult to oxidize such as silver or copper. Since it is encapsulated by the coating layer made of, oxidation of tin can be prevented. Further, since the solder powder contained in the solder paste is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on a substrate or the like with a fine pitch pattern, and a finer electronic component can be mounted with the solder paste.
本発明によれば、ハンダ粉末が中心核及びこの中心核を被包する被覆層で構成される構造を有するとともに、その平均粒径が５μｍ以下であり、中心核が錫からなり、被覆層が銀、銅又はゲルマニウムのいずれか１種からなり、更に錫の含有割合が９５〜９９．９質量％であるので、比較的酸化し易い錫からなる中心核が、比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されており、錫の酸化を阻止できる。この結果、ハンダ粉末の溶融時に酸化膜を起因とするハンダ合金中へのボイドの発生を抑制することができるので、電子部品と基板の間のハンダ合金接合部における電気抵抗の増加を防止できるとともに、ハンダ合金の機械的強度の低下を防止できる。またハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。またハンダ粉末の錫の含有割合を９５〜９９．９質量％としたので、ハンダに必要な低融点を示す。 According to the present invention, the solder powder has a structure composed of a central core and a coating layer encapsulating the central core, the average particle size is 5 μm or less, the central core is made of tin, and the coating layer is silver, copper or made from any one of germanium, so more is 95 to 99.9 mass% content ratio of tin, central core of relatively oxidizable tin, Ya relatively difficult to oxidize silver It is encapsulated by a coating layer made of copper or the like and can prevent oxidation of tin. As a result, it is possible to suppress the generation of voids in the solder alloy due to the oxide film when the solder powder is melted, thereby preventing an increase in electrical resistance at the solder alloy joint between the electronic component and the substrate. The mechanical strength of the solder alloy can be prevented from being lowered. Further, since the solder powder is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on the substrate or the like in a fine pitch pattern. Moreover, since the content ratio of tin in the solder powder is 95 to 99.9% by mass, a low melting point necessary for solder is shown.
またハンダ粉末が中心核及びこの中心核を被包する被覆層で構成される構造を有するとともに、その平均粒径が５μｍ以下であり、中心核が錫からなり、被覆層がビスマスからなり、更に錫の含有割合が４０〜６０質量％であれば、比較的酸化し易い錫からなる中心核が、比較的酸化し難いビスマスからなる被覆層により被包されており、錫の酸化を阻止できる。この結果、上記と同様に、ハンダ粉末の溶融時に酸化膜を起因とするハンダ合金中へのボイドの発生を抑制することができるので、電子部品と基板の間のハンダ合金接合部における電気抵抗の増加を防止できるとともに、ハンダ合金の機械的強度の低下を防止できる。またハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。 Further, the solder powder has a structure composed of a central core and a coating layer encapsulating the central core, the average particle size is 5 μm or less, the central core is made of tin, the coating layer is made of bismuth, If the content ratio of tin is 40 to 60% by mass, the central core made of tin that is relatively easily oxidized is encapsulated by the coating layer made of bismuth that is relatively difficult to oxidize, and oxidation of tin can be prevented. As a result, similar to the above, since it is possible to suppress the generation of voids in the solder alloy due to the oxide film when the solder powder is melted, the electrical resistance of the solder alloy joint between the electronic component and the substrate is reduced. It is possible to prevent an increase and to prevent a decrease in mechanical strength of the solder alloy. Further, since the solder powder is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on the substrate or the like in a fine pitch pattern.
また上記ハンダ粉末とハンダ用フラックスを混合してペースト化することによりハンダ用ペーストを調製すれば、このハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末の中心核が比較的酸化し易い錫からなるけれども、この中心核が比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されるので、錫の酸化が阻止されて、ハンダ合金の電気抵抗の増加及び機械的強度の低下を防止できるとともに、ハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。
更に上記ハンダ用ペーストを電子部品の実装に用いれば、このハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末の中心核が比較的酸化し易い錫からなるけれども、この中心核が比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されるので、錫の酸化が阻止されて、ハンダ合金のボイド起因による電気抵抗の増加及び機械的強度の低下を防止できるとともに、ハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷でき、より微細な電子部品をハンダ用ペーストにより実装できる。
Further, if a solder paste is prepared by mixing the solder powder and the solder flux into a paste, the central core of the solder powder contained in the solder paste is made of tin that is relatively easy to oxidize. Since the core is encapsulated by a coating layer made of silver, copper, or the like that is relatively difficult to oxidize, the oxidation of tin can be prevented, preventing an increase in electrical resistance and a decrease in mechanical strength of the solder alloy. Since the solder powder contained in the paste is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less, the solder paste can be printed on a substrate or the like with a fine pitch pattern.
Furthermore, if the solder paste is used for mounting electronic components, the central core of the solder powder contained in the solder paste is made of tin that is relatively easy to oxidize. Since it is encapsulated by the coating layer made of, it is possible to prevent tin oxidation, prevent an increase in electrical resistance and a decrease in mechanical strength due to voids in the solder alloy, and the average solder powder contained in the solder paste Since it is a fine powder having a particle size of 5 μm or less, a solder paste can be printed on a substrate or the like with a fine pitch pattern, and a finer electronic component can be mounted with a solder paste.
次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。
＜第１の実施の形態＞
この実施の形態のハンダ粉末は、中心核と、この中心核を被包する被覆層とにより構成される構造を有し、平均粒径が５μｍ以下、好ましくは０．１〜５μｍの粉末である。中心核は錫からなる。また被覆層は、錫よりも貴な金属又は半金属からなる。具体的には、被覆層は、銀、銅、及びゲルマニウムのいずれか１種の金属又は半金属からなる。更に上記ハンダ粉末中の錫の含有割合は９０〜９９．９質量％、好ましくは９５〜９９．９質量％である。ここで、ハンダ粉末の平均粒径を５μｍ以下に限定したのは、５μｍを越えるとハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できず、微細な電子部品をハンダ用ペーストにより実装できないからである。またハンダ粉末中の錫の含有割合を９０〜９９．９質量％の範囲に限定したのは、９０質量％未満ではハンダ合金に必要な低融点を示さず、９９．９質量％を越えると被覆層が不足して中心核を被覆層で完全に被包できなくなったり或いはハンダ合金の機械的強度が低下してしまうからである。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.
<First Embodiment>
The solder powder of this embodiment has a structure constituted by a central core and a coating layer encapsulating the central core, and has an average particle size of 5 μm or less, preferably 0.1 to 5 μm. . The central core is made of tin. Further, the coating layer is made of a metal or a semimetal that is nobler than tin. Specifically, the coating layer is silver, copper, made of any one metal or metalloid 及 beauty germanium. Furthermore, the content ratio of tin in the solder powder is 90 to 99.9% by mass, preferably 95 to 99.9% by mass. Here, the average particle size of the solder powder is limited to 5 μm or less because if it exceeds 5 μm, the solder paste cannot be printed on the substrate in a fine pitch pattern, and fine electronic components cannot be mounted with the solder paste. is there. Further, the content ratio of tin in the solder powder is limited to the range of 90 to 99.9% by mass. If the content is less than 90% by mass, the low melting point required for the solder alloy is not exhibited. This is because the layer is insufficient and the central core cannot be completely encapsulated by the coating layer, or the mechanical strength of the solder alloy is lowered.
被覆層が銀を含むときは、銀の含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜５．０質量％、好ましくは３〜４質量％であり、被覆層が銅を含むときは、銅の含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜１．０質量％、好ましくは０．５〜０．７質量％である。また被覆層がゲルマニウムを含むときは、ゲルマニウムの含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜１．０質量％、好ましくは０．１〜０．５質量％である。ここで、被覆層が銀を含むときその含有割合を０．１〜５．０質量％の範囲に限定し、被覆層が銅を含むときその含有割合を０．１〜１．０質量％の範囲に限定し、被覆層がゲルマニウムを含むときその含有割合を０．１〜１．０質量％の範囲に限定したのは、ハンダ合金の融点を低く抑えるとともに、ハンダ合金の機械的強度を向上するためである。 When the coating layer contains silver, the silver content is 0.1 to 5.0% by mass, preferably 3 to 4% by mass with respect to 100% by mass of the total powder, and the coating layer contains copper. The content ratio of copper is 0.1 to 1.0% by mass, preferably 0.5 to 0.7% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of powder. When or be covered layer including germanium, 0.1-1.0 mass% content ratio of germanium with respect to the total amount of 100 wt% powder, preferably from 0.1 to 0.5 wt%. Here, when the coating layer contains silver, the content ratio is limited to a range of 0.1 to 5.0 mass%, and when the coating layer contains copper, the content ratio is 0.1 to 1.0 mass%. When the coating layer contains germanium, the content ratio is limited to the range of 0.1 to 1.0% by mass to keep the melting point of the solder alloy low and improve the mechanical strength of the solder alloy. Ru der for.
このように構成されたハンダ粉末の製造方法を説明する。
先ず、溶媒に、中心核を構成する金属元素、即ち錫を含む化合物と分散剤とをそれぞれ添加して混合することにより、第１溶解液を調製した後、この第１溶解液のｐＨを調整する。溶媒としては、水、アルコール、エーテル、ケトン、エステル等が挙げられ、中心核を構成する錫を含む化合物としては、塩化錫(II)、酢酸錫(II)、シュウ酸錫(II)等が挙げられる。また分散剤としては、セルロース系、ビニル系、多価アルコールなどが挙げられ、その他にゼラチン、カゼイン等を用いることができる。次いで、還元剤を溶解した水溶液を調製し、この水溶液のｐＨを先に作製した溶解液と同程度に調整する。還元剤としては、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、ジメチルアミンボラン等のホウ素水素化物、ヒドラジン等の窒素化合物、三価のチタンイオンや２価のクロムイオン等の金属イオン等が挙げられる。次に、上記第１溶解液に還元剤水溶液を添加して混合することにより、第１溶解液中の錫イオンが還元され、液中に中心核となる錫粉末が分散した第１分散液が得られる。
A method for producing the solder powder thus configured will be described.
First, the first dissolved solution is prepared by adding and mixing the metal element constituting the central core, that is, the compound containing tin, and the dispersant to the solvent, and then adjusting the pH of the first dissolved solution. To do. Examples of the solvent include water, alcohol, ether, ketone, ester and the like, and examples of the compound containing tin constituting the central core include tin (II) chloride, tin (II) acetate, tin (II) oxalate and the like. Can be mentioned. Examples of the dispersant include cellulose-based, vinyl-based, and polyhydric alcohols. In addition, gelatin, casein, and the like can be used. Next, an aqueous solution in which the reducing agent is dissolved is prepared, and the pH of this aqueous solution is adjusted to the same level as the previously prepared dissolving solution. Examples of the reducing agent include boron hydrides such as sodium tetrahydroborate and dimethylamine borane, nitrogen compounds such as hydrazine, metal ions such as trivalent titanium ions and divalent chromium ions, and the like. Next, by adding and mixing the reducing agent aqueous solution to the first solution, the tin ions in the first solution are reduced, and the first dispersion in which tin powder as a central core is dispersed in the solution is obtained. can get.
一方、溶媒に、被覆層を構成する金属元素と分散剤とをそれぞれ添加して混合することにより、第２溶解液を調製した後、この第２溶解液のｐＨを調整する。溶媒としては、水、アルコール、エーテル、ケトン、エステル等が挙げられる。また被覆層が銀を含むときこの銀を含む化合物としては、塩化銀、硝酸銀等が挙げられ、被覆層が銅を含むときこの銅を含む化合物としては、塩化銅(II)、硫酸銅(II)、酢酸銅等が挙げられる。また被覆層がゲルマニウムを含むときこのゲルマニウムを含む化合物としては、塩化ゲルマニウム(II)、β−カルボキシエチルゲルマニウム等が挙げられ、被覆層がニッケルを含むときこのニッケルを含む化合物としては、塩化ニッケル(II)、硫酸ニッケル(II)六水和物、硝酸ニッケル(II)六水和物等が挙げられ、被覆層がインジウムを含むときこのインジウムを含む化合物としては、塩化インジウム、硝酸インジウム、硫酸インジウム等が挙げられる。更に分散剤としては、セルロース系、ビニル系、多価アルコールなどが挙げられ、その他にゼラチン、カゼイン等を用いることができる。なお、溶媒に被覆層を構成する金属元素を含む化合物を添加して溶解させた後、錯化剤を加えて、金属元素を錯体化した後に、分散剤を添加してもよい。錯化剤を加えることで、より結晶粒径の小さな緻密な被覆層が得られる。錯化剤としては、コハク酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、フタル酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、エチレンジアミン四酢酸、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、又はその塩等が挙げられる。また第２溶解液中の被覆層を構成する金属元素を含む化合物は、得られるハンダ粉末に含まれる被覆層の含有割合となるように配合される。
On the other hand, after preparing the 2nd solution by adding and mixing the metal element which comprises a coating layer, and a dispersing agent to a solvent, respectively, pH of this 2nd solution is adjusted. Examples of the solvent include water, alcohol, ether, ketone, ester and the like. When the coating layer contains silver, examples of the compound containing silver include silver chloride and silver nitrate. When the coating layer contains copper, the compound containing copper includes copper (II) chloride, copper sulfate (II ), copper acetate, etc. can be mentioned, et al are. When the coating layer contains germanium, examples of the compound containing germanium include germanium (II) chloride and β-carboxyethyl germanium. When the coating layer contains nickel, the compound containing nickel includes nickel chloride ( II), nickel sulfate (II) hexahydrate, nickel nitrate (II) hexahydrate, and the like. When the coating layer contains indium, the compound containing indium includes indium chloride, indium nitrate, indium sulfate. Etc. Furthermore, examples of the dispersant include cellulose, vinyl, and polyhydric alcohols. In addition, gelatin, casein, and the like can be used. In addition, after adding the compound containing the metal element which comprises a coating layer to a solvent and making it melt | dissolve, after adding a complexing agent and complexing a metal element, you may add a dispersing agent. By adding the complexing agent, a dense coating layer having a smaller crystal grain size can be obtained. Examples of the complexing agent include succinic acid, tartaric acid, glycolic acid, lactic acid, phthalic acid, malic acid, citric acid, oxalic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, and salts thereof. Moreover, the compound containing the metal element which comprises the coating layer in a 2nd solution is mix | blended so that it may become the content rate of the coating layer contained in the solder powder obtained.
次に、上記第１分散液に第２溶解液を添加して混合することにより、第１分散液に分散した錫粉末の表面に被覆層となる金属を析出させて、この金属で被包された錫からなる金属粉末の分散した第２分散液を得る。この第２分散液に分散している金属粉末は、中心核に被覆層が被包した構造をとり、その平均粒径は５μｍ以下、好ましくは０．１〜５μｍである。その後、洗浄濾過を行い、乾燥させることにより、中心核及び被覆層で構成されたハンダ粉末が得られる。 Next, by adding a second solution to the first dispersion and mixing, a metal that becomes a coating layer is deposited on the surface of the tin powder dispersed in the first dispersion, and is encapsulated with the metal. A second dispersion in which metal powder made of tin is dispersed is obtained. The metal powder dispersed in the second dispersion has a structure in which a coating layer is encapsulated in the central core, and the average particle size is 5 μm or less, preferably 0.1 to 5 μm. Thereafter, washing and filtering are performed, followed by drying, whereby a solder powder composed of the central core and the coating layer is obtained.
＜第２の実施の形態＞
この実施の形態では、ハンダ粉末中の錫の含有割合が４０〜６０質量％、好ましくは４２〜５２質量％であり、被覆層であるビスマスの含有割合が粉末全体量１００質量％に対して４０〜６０質量％、好ましくは５５〜５８質量％である。ここで、ハンダ粉末中の錫の含有割合を４０〜６０質量％の範囲に限定したのは、錫単体によるハンダ粉末より融点の低いビスマスやインジウムを比較的多く含有させることを考慮したためである。また被覆層がビスマスを含むときその含有割合を４０〜６０質量％の範囲に限定したのは、ハンダ合金の融点を錫単体による粉末の融点よりも低くするためである。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
このように構成されたハンダ粉末の製造方法は、第１の実施の形態のハンダ粉末を構成する中心核及び被覆層の割合を所望の割合に代えることで、製造することができる。
<Second Embodiment>
In this embodiment, the content of tin in the solder powder is 40 to 60% by mass, preferably 42 to 52% by mass, and the content of bismuth as the coating layer is 40% with respect to 100% by mass of the total amount of the powder. It is -60 mass%, Preferably it is 55-58 mass%. Here, the reason why the content ratio of tin in the solder powder is limited to the range of 40 to 60% by mass is that a relatively large amount of bismuth or indium having a melting point lower than that of the solder powder made of tin alone is included. In addition, when the coating layer contains bismuth, the content ratio is limited to the range of 40 to 60% by mass in order to make the melting point of the solder alloy lower than the melting point of the powder of simple tin. The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment.
The solder powder manufacturing method configured as described above can be manufactured by changing the ratio of the central core and the coating layer constituting the solder powder of the first embodiment to a desired ratio.
なお、第１又は第２の実施の形態のハンダ粉末１００質量％に対して、ハンダ用フラックスを１０〜３０質量％、好ましくは１０〜２５質量％混合しペースト化することによりハンダ用ペーストを調製すれば、このハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末の中心核が比較的酸化し易い錫からなるけれども、この中心核が比較的酸化し難い銀や銅等からなる被覆層により被包されるので、錫の酸化が阻止されて、ハンダ合金の電気抵抗の増加及び機械的強度の低下を防止できるとともに、ハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷できる。ここで、ハンダ用フラックスの混合量を１０〜３０質量％の範囲に限定したのは、１０質量％未満ではフラックス不足でペースト化できず、３０質量％を越えるとペースト中のフラックスの含有割合が多すぎて金属の含有割合が少なくなってしまい、ハンダ溶融時に所望のサイズのハンダバンプを得ることができないからである。
更に、上記ハンダ用ペーストを電子部品の実装に用いれば、このハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末の中心核が比較的酸化し易い錫からなるけれども、この中心核が比較的酸化し難いビスマスからなる被覆層により被包されるので、錫の酸化が阻止されて、ハンダ合金の電気抵抗の増加及び機械的強度の低下を防止できるとともに、ハンダ用ペーストに含まれるハンダ粉末が平均粒径５μｍ以下と微細な粉末であるので、ハンダ用ペーストを基板等にファインピッチパターンで印刷でき、より微細な電子部品をハンダ用ペーストにより実装できる。なお、この実施の形態では、ハンダ粉末の製造に化学的手法を用いたが、中心核はアトマイズ法のような物理的手法を用いても製造が可能である。
A solder paste is prepared by mixing 10 to 30% by mass, preferably 10 to 25% by mass of solder flux with respect to 100% by mass of the solder powder of the first or second embodiment. Then, although the central core of the solder powder contained in the solder paste is made of tin that is relatively easy to oxidize, the central core is encapsulated by a coating layer made of silver, copper, or the like that is relatively difficult to oxidize. Since the oxidation of tin can be prevented to prevent an increase in electrical resistance and a decrease in mechanical strength of the solder alloy, the solder powder contained in the solder paste is a fine powder having an average particle size of 5 μm or less. The paste can be printed on a substrate or the like with a fine pitch pattern. Here, the mixing amount of the solder flux is limited to the range of 10 to 30% by mass. If the amount is less than 10% by mass, the flux cannot be made into a paste due to insufficient flux. This is because the content of the metal is too small and the solder bump having a desired size cannot be obtained when the solder is melted.
Furthermore, if the solder paste is used for mounting electronic components, the central core of the solder powder contained in the solder paste is made of tin that is relatively easy to oxidize, but the central core is made of bismuth that is relatively difficult to oxidize. Since it is encapsulated by the coating layer, the oxidation of tin can be prevented to prevent an increase in electrical resistance and a decrease in mechanical strength of the solder alloy, and the solder powder contained in the solder paste has an average particle size of 5 μm or less. Since it is a fine powder, the solder paste can be printed on a substrate or the like with a fine pitch pattern, and a finer electronic component can be mounted with the solder paste. In this embodiment, a chemical method is used for manufacturing the solder powder, but the central core can also be manufactured using a physical method such as an atomizing method.
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１リットルに塩化錫(II)２．６４×１０-1ｍｏｌ及び分散剤としてメチルセルロース１４ｇをそれぞれ添加して混合することにより、溶解液を調製した後、この溶解液のｐＨを１．０に調整した。また還元剤として２価クロムイオンを用い、８．０７×１０-1ｍｏｌ／リットルの２価クロムイオン水溶液１リットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。次いで上記溶解液に上記２価クロムイオン水溶液を添加して混合することにより、錫イオンを還元させて、液中に錫粉末が分散した第１分散液を得た。次に５．２７×１０-2ｍｏｌ／リットルの硝酸銀水溶液２００ミリリットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。上記第１分散液にこの硝酸銀水溶液を添加して混合することにより、第１分散液に分散した錫粉末の表面に銀を析出させて、銀で被包された錫からなる金属粉末の分散した第２分散液を得た。更に第２分散液を洗浄濾過し、上記金属粉末を乾燥させることでハンダ粉末を得た。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及び銀の含有量はそれぞれ９６．５質量％及び３．５質量％であった。
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<Example 1>
First, a solution was prepared by adding 2.64 × 10 −1 mol of tin (II) chloride and 14 g of methylcellulose as a dispersant to 1 liter of water and mixing, and then adjusting the pH of the solution to 1.0. Adjusted. Further, using divalent chromium ions as a reducing agent, 1 liter of 8.07 × 10 −1 mol / liter of divalent chromium ion aqueous solution was prepared, and then the pH of this aqueous solution was adjusted to 1.0. Next, the divalent chromium ion aqueous solution was added to the solution and mixed to reduce the tin ions, thereby obtaining a first dispersion in which tin powder was dispersed in the solution. Next, after preparing 200 ml of a 5.27 × 10 −2 mol / liter silver nitrate aqueous solution, the pH of this aqueous solution was adjusted to 1.0. By adding and mixing this silver nitrate aqueous solution to the first dispersion, silver was precipitated on the surface of the tin powder dispersed in the first dispersion, and the metal powder made of tin encapsulated with silver was dispersed. A second dispersion was obtained. Further, the second dispersion was washed and filtered, and the metal powder was dried to obtain a solder powder. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and silver were 96.5% by mass and 3.5% by mass, respectively.
＜実施例２＞
先ず水１リットルに塩化錫(II)２．６４×１０-1ｍｏｌ及び分散剤としてメチルセルロース１４ｇをそれぞれ添加して混合することにより、溶解液を調製した後、この溶解液のｐＨを１．０に調整した。また還元剤として２価クロムイオンを用い、８．０７×１０-1ｍｏｌ／リットルの２価クロムイオン水溶液１リットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。次いで上記溶解液に上記２価クロムイオン水溶液を添加して混合することにより、錫イオンを還元させて、液中に錫粉末が分散した第１分散液を得た。次に２．１０×１０-2ｍｏｌ／リットルの硝酸銀水溶液５００ミリリットルにクエン酸三ナトリウム二水和物を１．５８ｍｏｌ加えて銀イオンを錯体化した。上記第１分散液に、この銀イオンを錯体化した硝酸銀水溶液を添加して混合することにより、上記第１分散液に分散した錫粉末の表面に銀を析出させて、銀で被包された錫からなる金属粉末の分散した第２分散液を得た。更に第２分散液を洗浄濾過し、上記金属粉末を乾燥させることでハンダ粉末を得た。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及び銀の含有量はそれぞれ９６．６質量％及び３．４質量％であった。
<Example 2>
First, a solution was prepared by adding 2.64 × 10 −1 mol of tin (II) chloride and 14 g of methylcellulose as a dispersant to 1 liter of water and mixing, and then adjusting the pH of the solution to 1.0. Adjusted. Further, using divalent chromium ions as a reducing agent, 1 liter of 8.07 × 10 −1 mol / liter of divalent chromium ion aqueous solution was prepared, and then the pH of this aqueous solution was adjusted to 1.0. Next, the divalent chromium ion aqueous solution was added to the solution and mixed to reduce the tin ions, thereby obtaining a first dispersion in which tin powder was dispersed in the solution. Next, 1.58 mol of trisodium citrate dihydrate was added to 500 ml of a 2.10 × 10 −2 mol / liter silver nitrate aqueous solution to complex silver ions. By adding and mixing the silver nitrate aqueous solution complexed with silver ions to the first dispersion, silver was deposited on the surface of the tin powder dispersed in the first dispersion and encapsulated with silver. A second dispersion in which metal powder made of tin was dispersed was obtained. Further, the second dispersion was washed and filtered, and the metal powder was dried to obtain a solder powder. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and silver were 96.6% by mass and 3.4% by mass, respectively.
＜実施例３＞
先ず水１リットルに塩化錫(II)２．６４×１０-1ｍｏｌ及び分散剤としてメチルセルロース１４ｇをそれぞれ添加して混合することにより、溶解液を調製した後、この溶解液のｐＨを１．０に調整した。また還元剤として２価クロムイオンを用い、８．０１×１０-1ｍｏｌ／リットルの２価クロムイオン水溶液１リットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。次いで上記溶解液に上記２価クロムイオン水溶液を添加して混合することにより、錫イオンを還元させて、液中に錫粉末が分散した第１分散液を得た。次に１．７４×１０-2ｍｏｌ／リットルの塩化銅(II)水溶液２００ミリリットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。上記第１分散液にこの塩化銅(II)水溶液を添加して混合することにより、上記第１分散液に分散した錫粉末の表面に銅を析出させて、銅で被包された錫からなる金属粉末の分散した第２分散液を得た。更に第２分散液を洗浄濾過し、上記金属粉末を乾燥させることでハンダ粉末を得た。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及び銅の含有量はそれぞれ９９．３質量％及び０．７質量％であった。
<Example 3>
First, a solution was prepared by adding 2.64 × 10 −1 mol of tin (II) chloride and 14 g of methylcellulose as a dispersant to 1 liter of water and mixing, and then adjusting the pH of the solution to 1.0. Adjusted. Further, using divalent chromium ions as a reducing agent, 1 liter of 8.01 × 10 −1 mol / liter of divalent chromium ion aqueous solution was prepared, and then the pH of this aqueous solution was adjusted to 1.0. Next, the divalent chromium ion aqueous solution was added to the solution and mixed to reduce the tin ions, thereby obtaining a first dispersion in which tin powder was dispersed in the solution. Next, 200 ml of a 1.74 × 10 −2 mol / liter copper (II) chloride aqueous solution was prepared, and then the pH of the aqueous solution was adjusted to 1.0. The aqueous solution of copper (II) chloride is added to and mixed with the first dispersion, thereby depositing copper on the surface of the tin powder dispersed in the first dispersion and consisting of tin encapsulated with copper. A second dispersion in which metal powder was dispersed was obtained. Further, the second dispersion was washed and filtered, and the metal powder was dried to obtain a solder powder. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and copper were 99.3% by mass and 0.7% by mass, respectively.
＜実施例４＞
先ず水１リットルに塩化錫(II)１．３２×１０-1ｍｏｌ及び分散剤としてメチルセルロース１４ｇをそれぞれ添加して混合することにより、溶解液を調製した後、この溶解液のｐＨを１．０に調整した。また還元剤として２価クロムイオンを用い、８．６１×１０-1ｍｏｌ／リットルの２価クロムイオン水溶液１リットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。次いで上記溶解液に上記２価クロムイオン水溶液を添加して混合することにより、錫イオンを還元させて、液中に錫粉末が分散した第１分散液を得た。次に２．５９×１０-2ｍｏｌ／リットルの硫酸ビスマス(III)水溶液２リットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。上記第１分散液にこの硫酸ビスマス(III)水溶液を添加して混合することにより、第１分散液に分散した錫粉末の表面にビスマスを析出させて、ビスマスで被包された錫からなる金属粉末の分散した第２分散液を得た。更に第２分散液を洗浄濾過し、上記金属粉末を乾燥させることでハンダ粉末を得た。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及びビスマスの含有量はそれぞれ４２質量％及び５８質量％であった。
<Example 4>
First, a solution was prepared by adding and mixing 1.32 × 10 −1 mol of tin (II) chloride and 14 g of methylcellulose as a dispersant in 1 liter of water, and then adjusting the pH of the solution to 1.0. Adjusted. Moreover, after using divalent chromium ions as a reducing agent to prepare 1 liter of an aqueous solution of 8.61 × 10 −1 mol / liter of divalent chromium ions, the pH of this aqueous solution was adjusted to 1.0. Next, the divalent chromium ion aqueous solution was added to the solution and mixed to reduce the tin ions, thereby obtaining a first dispersion in which tin powder was dispersed in the solution. Next, 2 liters of a 2.59 × 10 −2 mol / liter bismuth (III) sulfate aqueous solution was prepared, and then the pH of the aqueous solution was adjusted to 1.0. By adding and mixing the bismuth (III) sulfate aqueous solution to the first dispersion, bismuth is deposited on the surface of the tin powder dispersed in the first dispersion, and the metal is made of tin encapsulated with bismuth. A second dispersion in which powder was dispersed was obtained. Further, the second dispersion was washed and filtered, and the metal powder was dried to obtain a solder powder. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and bismuth were 42% by mass and 58% by mass, respectively.
＜実施例５＞
先ず水１リットルに塩化錫(II)２．６４×１０-1ｍｏｌ及び分散剤としてメチルセルロース１４ｇをそれぞれ添加して混合することにより、溶解液を調製した後、この溶解液のｐＨを１．０に調整した。また還元剤として２価クロムイオンを用い、７．９１×１０-1ｍｏｌ／リットルの２価クロムイオン水溶液１リットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。次いで上記溶解液に上記２価クロムイオン水溶液を添加して混合することにより、錫イオンを還元させて、液中に錫粉末が分散した第１分散液を得た。次に１．０８×１０-3ｍｏｌ／リットルのβ−カルボキシエチルゲルマニウム水溶液２００ミリリットルを調製した後、この水溶液のｐＨを１．０に調整した。上記第１分散液にこのβ−カルボキシエチルゲルマニウム水溶液を添加して混合することにより、第１分散液に分散した錫粉末の表面にゲルマニウムを析出させて、ゲルマニウムで被包された錫からなる金属粉末の分散した第２分散液を得た。更に第２分散液を洗浄濾過し、上記金属粉末を乾燥させることでハンダ粉末を得た。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及びゲルマニウムの含有量はそれぞれ９９．１質量％及び０．１質量％であった。
<Example 5>
First, a solution was prepared by adding 2.64 × 10 −1 mol of tin (II) chloride and 14 g of methylcellulose as a dispersant to 1 liter of water and mixing, and then adjusting the pH of the solution to 1.0. Adjusted. Further, using divalent chromium ions as a reducing agent, 1 liter of a 7.91 × 10 −1 mol / liter divalent chromium ion aqueous solution was prepared, and then the pH of this aqueous solution was adjusted to 1.0. Next, the divalent chromium ion aqueous solution was added to the solution and mixed to reduce the tin ions, thereby obtaining a first dispersion in which tin powder was dispersed in the solution. Next, 200 ml of a 1.08 × 10 −3 mol / liter β-carboxyethyl germanium aqueous solution was prepared, and then the pH of the aqueous solution was adjusted to 1.0. By adding and mixing this β-carboxyethyl germanium aqueous solution to the first dispersion, germanium is deposited on the surface of the tin powder dispersed in the first dispersion, and the metal is made of tin encapsulated with germanium. A second dispersion in which powder was dispersed was obtained. Further, the second dispersion was washed and filtered, and the metal powder was dried to obtain a solder powder. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and germanium were 99.1% by mass and 0.1% by mass, respectively.
＜比較例１＞
吹込みガスとしてアルゴンガスを用いたガスアトマイズ法と回転ディスク法の双方を組合せた方法により、錫及び銀の合金からなるハンダ粉末を作製した。具体的には、ノズルから流出した溶融金属に不活性ガスのジェット流を吹付けて溶融金属を粉砕し、更にこの粉砕した溶融金属を回転するディスク上に落下させることにより、上記ハンダ粉末を作製した。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及び銀の含有量はそれぞれ９６．５質量％及び３．５質量％であった。
＜比較例２＞
吹込みガスとしてアルゴンガスを用いたガスアトマイズ法と回転ディスク法の双方を組合せた方法により、錫及び銅の合金からなるハンダ粉末を作製した。具体的には、ノズルから流出した溶融金属に不活性ガスのジェット流を吹付けて溶融金属を粉砕し、更にこの粉砕した溶融金属を回転するディスク上に落下させることにより、上記ハンダ粉末を作製した。得られたハンダ粉末を元素分析したところ、錫及び銅の含有量はそれぞれ９９．３質量％及び０．７質量％であった。
<Comparative Example 1>
Solder powder made of an alloy of tin and silver was produced by a combination of a gas atomizing method using argon gas as the blowing gas and a rotating disk method. Specifically, the molten metal flowing out from the nozzle is sprayed with an inert gas jet to pulverize the molten metal, and the crushed molten metal is dropped onto a rotating disk to produce the solder powder. did. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and silver were 96.5% by mass and 3.5% by mass, respectively.
<Comparative example 2>
A solder powder made of an alloy of tin and copper was produced by a combination of a gas atomizing method using argon gas as a blowing gas and a rotating disk method. Specifically, the molten metal flowing out from the nozzle is sprayed with an inert gas jet to pulverize the molten metal, and the crushed molten metal is dropped onto a rotating disk to produce the solder powder. did. Elemental analysis of the obtained solder powder revealed that the contents of tin and copper were 99.3% by mass and 0.7% by mass, respectively.
＜比較試験１及び評価＞
実施例１〜５、比較例１及び２のハンダ粉末について、以下の物性試験を行った。先ず得られたハンダ粉末をレーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定装置（LEED & NORTHRUP社製：MICROTRAC FRA）にて粒径分布を測定し、その平均粒径を求めた。また集束イオンビーム加工（Focused Ion Beam milling）観察装置にてハンダ粉末の中心部分を通るように薄く加工し、粉末の断面構造を走査電子顕微鏡及び透過電子顕微鏡にて観察した。更に上記ハンダ粉末を粒径５μｍ以下のものに分級し、実施例１〜５、比較例１及び２で得られたハンダ粉末に対する粒径５μｍ以下のハンダ粉末の歩留り率を求めた。
引続いて上記粒径５μｍ以下に分級したハンダ粉末に、ハンダ用フラックスを１５質量％の割合で混合してペースト化することにより、ハンダ用ペーストを得た。このハンダ用ペーストをフリップチップ用基板に印刷し、窒素雰囲気中、最高温度２４０℃の条件でリフローハンダ付けを行い、基板上にハンダバンプを形成した。基板上に形成されたハンダバンプを透過Ｘ線顕微鏡にて観察し、ハンダバンプ内部のボイド面積を測定した。
実施例１〜５、比較例１及び２のハンダ粉末の断面構造、平均粒径、歩留まり率及びボイド観察結果を表１に示す。なお、表１のボイド欄の「優」は、ハンダバンプ内部のボイド面積がそのハンダバンプ面積に対して占める割合が１０％以下であるようなボイドが存在することを表す。また、表１のボイド欄の「不良」は、ハンダバンプ内部のボイド面積がそのハンダバンプ面積に対して占める割合が３０％以上であるようなボイドが存在することを表す。
<Comparative test 1 and evaluation>
The following physical property tests were conducted on the solder powders of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2. First, the particle size distribution of the obtained solder powder was measured with a particle size distribution measuring apparatus using a laser diffraction scattering method (manufactured by LEED & NORTHRUP: MICROTRAC FRA), and the average particle size was determined. Moreover, it processed thinly so that it might pass through the center part of solder powder with the focused ion beam processing (Focused Ion Beam milling) observation apparatus, and the cross-sectional structure of the powder was observed with the scanning electron microscope and the transmission electron microscope. Further, the solder powder was classified into particles having a particle size of 5 μm or less, and the yield ratio of the solder powder having a particle size of 5 μm or less with respect to the solder powders obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was determined.
Subsequently, a solder paste was obtained by mixing the solder powder classified to a particle size of 5 μm or less with a solder flux at a ratio of 15 mass% to make a paste. This solder paste was printed on a flip chip substrate, and reflow soldering was performed in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 240 ° C. to form solder bumps on the substrate. The solder bumps formed on the substrate were observed with a transmission X-ray microscope, and the void area inside the solder bumps was measured.
Table 1 shows the cross-sectional structures, average particle diameters, yield rates, and void observation results of the solder powders of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2. Note that “excellent” in the void column of Table 1 indicates that there is a void whose void area in the solder bump occupies 10% or less of the solder bump area. In addition, “bad” in the void column of Table 1 indicates that there is a void whose void area in the solder bump accounts for 30% or more of the solder bump area.
表１から明らかなように、従来のガスアトマイズ法と回転ディスク法を組合せた方法で作製した比較例１及び２では、ハンダ粉末の平均粒径が１１．２μｍ及び１２．３μｍと大きくなり、粒径５μｍ以下の歩留まり率が１２．１％及び１０．９％と低かったのに対し、実施例１〜５では、ハンダ粉末の平均粒径が１．５〜２．０μｍと極めて細かくなり、粒径５μｍ以下の歩留まり率が８９．９〜９３．１％と極めて高くなった。
また比較例１及び２では、ボイドの評価がともに「不良」であったのに対し、実施例１〜７では、ボイドの評価が全て『優』であった。これにより、比較例１及び２では、ハンダバンプへのボイドの発生が多かったのに対し、実施例１〜５では、ハンダバンプへのボイドの発生が抑制されたことが判った。
As is apparent from Table 1, in Comparative Examples 1 and 2 produced by a combination of the conventional gas atomizing method and the rotating disk method, the average particle size of the solder powder was increased to 11.2 μm and 12.3 μm, and the particle size Whereas the yield rate of 5 μm or less was as low as 12.1% and 10.9%, in Examples 1 to 5, the average particle size of the solder powder became extremely fine as 1.5 to 2.0 μm, and the particle size The yield rate of 5 μm or less was as extremely high as 89.9 to 93.1%.
In Comparative Examples 1 and 2, the evaluation of voids was “bad”, whereas in Examples 1 to 7, the evaluation of voids was all “excellent”. Thereby, in Comparative Examples 1 and 2, the occurrence of voids on the solder bumps was large, whereas in Examples 1 to 5, the generation of voids on the solder bumps was suppressed.
Claims (8)
前記中心核が錫からなり、
前記被覆層が銀、銅又はゲルマニウムのいずれか１種からなり、
前記錫の含有割合が９０〜９９．９質量％である
ことを特徴とするハンダ粉末。 A solder powder having an average particle size of 5 μm or less having a structure composed of a central core and a coating layer encapsulating the central core,
The central core is made of tin,
The coating layer is silver, copper or made from any one of germanium,
Solder powder, wherein the tin content is 90-99.9% by mass.
被覆層が銅を含むとき銅の含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜１．０質量％であり、
被覆層がゲルマニウムを含むときゲルマニウムの含有割合が粉末全体量１００質量％に対して０．１〜１．０質量％である請求項１記載のハンダ粉末。 When the coating layer contains silver, the silver content is 0.1 to 5.0% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of powder,
Coating layer Ri 0.1-1.0% by mass content of copper based on the total amount 100 mass% powder when containing copper,
The solder powder according to claim 1, wherein when the coating layer contains germanium, the content ratio of germanium is 0.1 to 1.0 mass% with respect to 100 mass% of the total amount of the powder.
前記中心核が錫からなり、
前記被覆層がビスマスからなり、
前記錫の含有割合が４０〜６０質量％である
ことを特徴とするハンダ粉末。 A solder powder having an average particle size of 5 μm or less having a structure composed of a central core and a coating layer encapsulating the central core,
The central core is made of tin,
The coating layer is made of bismuth,
Solder powder, wherein the tin content is 40 to 60% by mass.
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