WO2006095417A1 - 低融点金属粒子の製造方法及びその装置 - Google Patents

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WO2006095417A1
WO2006095417A1 PCT/JP2005/004056 JP2005004056W WO2006095417A1 WO 2006095417 A1 WO2006095417 A1 WO 2006095417A1 JP 2005004056 W JP2005004056 W JP 2005004056W WO 2006095417 A1 WO2006095417 A1 WO 2006095417A1
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metal particles
melting point
point metal
liquid
heat
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PCT/JP2005/004056
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French (fr)
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Kiyoshi Torigoe
Masataka Shimizu
Kenji Yamamoto
Mitsuhiro Mizozoe
Hoshiro Takahashi
Tomohide Suzuki
Motohiro Murase
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Senju Metal Industry Co., Ltd.
Miyazaki Prefecture
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    • B22F2009/0804—Dispersion in or on liquid, other than with sieves
    • B22F2009/0808—Mechanical dispersion of melt, e.g. by sieves

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus suitable for producing low melting point metal particles, particularly solder particles for solder paste used for soldering printed circuit boards.
  • This reflow method is a method of soldering using a solder paste, and soldering is performed through a process of solder paste printing and reflow heating. That is, in the printing application process in the reflow method, a mask having a hole formed at a position coinciding with the soldering portion is placed on the soldering article, and a solder paste is placed on the mask. Squeeze with a force squeegee and fill the holes in the mask with solder paste. When the mask is pulled upward, the solder paste is filled in the mask holes and applied to the soldering portion. This is called out of print.
  • solder paste used in this reflow method is obtained by kneading solder particles and paste-like flux and has an appropriate viscosity.
  • solder bumps from gold bumps to solder bumps and solder bumps are also advantageous in terms of cost over solder plating solder balls
  • Many researches and developments have been made on a stable bump formation method using a solder.
  • the problems of wafer bump formation by micro surface mounting and printing methods are stable solder paste printing and reliable plate removal.
  • at least 6-10 solder particles per electrode are usually required. If the electrode size of the 0402 chip is 0.18 mm, a proper blend of # 10 (5-15 mm) and # 21 (15-25 mm) is required for the solder particle size.
  • the limit of the diameter of the solder particles is 10 m, and 5 to 10 ⁇ m is required to maintain stable plate release.
  • solder particles used in solder paste molten solder is dropped in a drum from a fine V ⁇ nozzle, and at the same time, the droplets are blown off with a high-pressure gas to form fine particles (patent document) 1), or the rotating disk method (Patent Document 2), where molten solder is dropped onto a rotating disk at high speed and scattered by the centrifugal force of the rotating disk to make fine particles.
  • Patent Document 3 agitation dispersion method
  • solder particles obtained by these solder particle manufacturing methods are a mixture of small and large solder particles such as a few meters for small ones and 100 m for large ones.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-258707
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 9-10990
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2-118003
  • the solder paste with a mixture of large and small solder particles! / The solder paste of the above-mentioned microchip parts and the wafer bump formation area can be printed and applied using a mask. Even if the solder paste is completely filled in the microscopic holes, or even if the solder paste can be filled, the printing ability cannot be printed cleanly. Therefore, at present, the particle size is adjusted by incorporating a classification process, but there are also problems such as acidity of particles during handling.
  • the present invention provides a fine soldering portion. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing low melting point metal particles for solder paste that can be printed smoothly and have good solderability.
  • the liquid metal powder When the liquid metal powder is allowed to permeate through the pores of the membranous porous body together with the heat-resistant continuous phase liquid, the liquid metal particles are about the same as or smaller than the pore diameter of the membranous porous body.
  • the present invention has been completed by finding that it is miniaturized to the following size.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the principle of metal particle generation in the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the basic structure of a manufacturing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 Basic structural force is a conceptual diagram of a modified example in which metal particles are made uniform.
  • FIG. 4 Basic structural force
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of another modified example in which metal particles are made uniform.
  • FIGS. 5 (1)-(4) are conceptual diagrams of the main part of the production apparatus according to the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing apparatus that specifically illustrates FIG. 5 (1).
  • low melting point metal particles having a desired particle diameter are obtained based on powdery low melting point metal.
  • the membranous form is used.
  • the thing before permeating the porous body was referred to as “powder” for convenience, and the one after permeation of the membranous porous body was referred to as “particle”.
  • the molten metal is referred to as liquid metal
  • the solid metal is referred to as solid metal.
  • a metal having a melting point in the range of 100-250 ° C is referred to as “low melting point”.
  • the lead is one that contains lead as the main component, and the other contains the main component as lead-free solder.
  • Dispossion stabilizer is a general term for substances exhibiting an action of suppressing coalescence of liquid metals.
  • the 50% diameter of the integrated volume distribution is defined as the average particle diameter, and the size of each individual particle is referred to as the particle diameter of the particle.
  • the pore diameter of the membranous porous body means the pore diameter when the through-pore volume occupies 50% of the whole in the relative cumulative pore distribution curve.
  • a mixture of a low melting point metal powder in a molten state and a heat-resistant continuous phase liquid having a temperature equal to or higher than the melting point of the low melting point metal is subjected to a pressure higher than a certain level so that two or more pores communicate with each other.
  • a liquid metal powder is formed into liquid metal particles having a predetermined diameter by allowing the mixture to permeate through a membranous porous body, and then the liquid metal particles and the heat-resistant continuous phase liquid are cooled to below the melting point of the low melting point metal.
  • Still another invention provides at least a membrane-like porous body and a membrane-like porous body having a dispersion mechanism for heating and dispersing a liquid metal powder and a heat-resistant continuous phase liquid and two or more communicating pores.
  • FIG. 1 One of the membrane-like porous body T having a large number of pores ⁇ .
  • a liquid metal powder ⁇ ⁇ having a diameter larger than the diameter of the hole H of the membranous porous body T is put together with a heat-resistant continuous phase liquid.
  • pressure large arrow at the bottom
  • the large-diameter liquid metal powder ⁇ is formed into liquid metal particles G ′, and the size of the liquid metal particles after passing through the pores ⁇ of the membranous porous body ⁇ It is determined by the pore diameter of the membranous porous material and the permeation rate of the liquid metal powder through the membrane.
  • the particle size of the liquid metal particles obtained depends on the pore size of the membranous porous material used. Depending on the permeation rate of the membranous porous material, it can be formed to the same or smaller than the pore diameter, and after passing through the pores of the membranous porous material by appropriately setting the conditions The particle size of the liquid metal particles can be controlled within a certain range.
  • the low melting point metal used in the present invention is not particularly limited as long as it has a melting point of 250 ° C. or less.
  • Lead solder such as Sn / Sb / Ag / Pb, Sn, Sn / Ag, Sn / Cu, Sn / Bi, Sn / In, Sn / Zn, Sn / Sb, Sn / Ag / Cu , Sn / Zn / Bi, Sn / Cu / Sb, Sn / Bi / Ag, Sn / Bi / In, Sn / Cu / Ni, Sn / Zn / In, Sn / Ag / Bi / Lead-free solder such as Cu, Sn / Ag / Cu / In, Sn / Ag / Cu / Sb, Sn / Ag / Cu / Bi / In, Bi / Pb / Sn, Bi / Sn / Cd Ultra low melting point metals such as Bi / Pb / Sn / Cd and Bi / Pb / Sn / Cd / In and mixtures thereof can be used.
  • the main composition ratio (mass%) and melting point of these alloys are 183 ° C for 63Sn / 37Pb eutectic alloy, (46-60) Sn / (3-8) Bi / (37-46) Pb.
  • Is 172-190 ° C, (62-62.8) Sn / (0.4-2) Ag / (36-36.8) Pb is about 179 ° C, (10-27) Sn / (3-8) Sb / (70- 82) Pb is 188-261 ° C, (42 1 56) Sn / (l-3) Ag / (2-14) Bi / (39-42) Pb is 137-178 ° C, 65Sn / 0.5Sb / 0.4 Ag / 34.1Pb is 180-186 ° C, Sn is 232 ° C, 96.5Sn / 3.5Ag eutectic alloy is 221 ° C, 97Sn / 3Ag is about 222 ° C 9.25Sn /
  • the heat-resistant continuous phase liquid used in the present invention is not limited as long as the dispersion stabilizer added with a boiling point higher than the melting point of the low melting point metal can be sufficiently dissolved or uniformly dispersed, Many oils such as waxes, petroleum oils, organic solvents, and synthetic oils can be used alone or in admixture of two or more.
  • Preferred liquids include mineral oils, vegetable oils, glycols, and the like, and for ultra-low melting metal powders having a melting point of 100 ° C. or lower, high-boiling organic solvents such as water and toluene are also used. It can be used.
  • the heat-resistant continuous phase liquid can be used alone or in combination, or Sarako can be used with a dispersion stabilizer added.
  • the presence or absence of the addition of the dispersion stabilizer essentially does not affect the formation process of the liquid metal particles themselves. Therefore, it is possible to produce liquid metal particles without adding a dispersion stabilizer.
  • the dispersion stabilizer can prevent the liquid metal powder before permeating the membranous porous body and the liquid metal particles after permeation from being combined. For this reason, the addition of a dispersion stabilizer can improve the yield of the low-melting-point metal particles to be produced, and can further increase the ratio of the liquid metal powder to the heat-resistant continuous phase liquid, thereby improving the productivity per unit time.
  • the kind of dispersion stabilizer in the heat-resistant continuous phase liquid is an agent that uniformly disperses in the heat-resistant continuous phase liquid and suppresses coalescence of the liquid metal particles even at a temperature close to the melting point of the metal. If there is no particular limitation.
  • an oil agent for example, calcium stearate, calcium oleate, calcium ricinoleate, calcium laurate, calcium behenate, calcium octoate, zinc stearate, zinc laurate, palmitic Zinc acid, zinc myristate, zinc undecylenate, zinc oleate, zinc ricinoleate, zinc behenate, zinc salicylate, zinc naphthenate, magnesium stearate, magnesium myristate, magnesium oleate, aluminum stearate, behenic acid Aluminum, aluminum octanoate, stearic acid bell, oleic acid bell, octanoic acid bell, naphthenic acid bell, etc., cobalt stone wall, nickel stone wall, iron stone wall, copper stone wall, manganese stone wall, tin stone wall, lithium stone Metal such as firewood ⁇ is valid.
  • saturated fatty acids such as butyric acid, caproic acid, strong prillic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, and behenic acid, and oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and L force Unsaturation such as acid
  • the fatty acid is oriented at the interface between the oil agent and the metal liquid, and exhibits the same dispersing action as the above metal sarcophagus.
  • power prillic acid power puric acid, lauric acid, myristic acid, normitic acid, stearic acid, behenic acid, oleic acid, linoleic acid, ER strength acid, condensed ricinoleic acid, isopalmitic acid, isostearic acid, mixed fatty acids and Polyglyceryl fatty acid ester sucrose stearate ester, sucrose palmitate ester, sucrose myristate ester, sucrose oleate ester, sucrose behenate ester, sucrose ester Sucrose fatty acid esters such as acid esters also show good dispersing action.
  • Polyglyceryl fatty acid esters and sucrose fatty acid esters are nonionic surfactants that are widely used as food additives.
  • Polyglycerin fatty acid esters have a degree of polymerization and esterification, Some sugar fatty acid esters have different degrees of hydrophilicity and lipophilicity depending on the degree of esterification, and may be appropriately selected according to the type of heat-resistant continuous phase liquid.
  • water or a water-based solvent such as Daricol such as polyethylene glycol
  • general anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants are used.
  • polymer surfactants fluorine-based surfactants, organometallic surfactants and the like can be mentioned.
  • saccharides such as sucrose, have a coalescence-inhibiting action. These can be used alone or in combination of two or more.
  • Particularly suitable dispersion stabilizers for use in the present invention are tetraglycerin condensed ricinoleic acid ester, sucrose fatty acid ester and the like.
  • the membranous porous material used in the apparatus of the present invention is not particularly limited as long as it has uniform through holes and does not change or break down at the melting temperature of the low melting point metal.
  • the pores of the membranous porous material may be cylindrical, prismatic, or other shapes.
  • particles are generated even if the pores penetrate perpendicularly or obliquely with respect to the membrane surface or are entangled.
  • the important thing is that the hydrodynamic diameter and effective length of the pores are uniform, and if it is a membranous porous body having such a pore structure and heat resistance higher than the melting point of the liquid metal, this is the case. Can be used for invention.
  • membranous porous bodies depending on the shape such as the shape of a pipe or a flat membrane, and they are structurally divided into symmetric membranes and asymmetric membranes or homogeneous and heterogeneous membranes. Shape and structure are essential Since it does not affect the effect of the present invention, it is not particularly limited.
  • the material for the membrane-like porous body include glass, ceramics, silicon, heat-resistant polymer and metal, and are not particularly limited as long as the contact angle exceeds 90 ° and does not wet the liquid metal.
  • the pressure required to permeate the liquid metal powder through the membranous porous body is very important.
  • the required pressure is reduced compared to a symmetric membrane having the same film thickness and the same pore diameter as the skin layer of the asymmetric membrane. It is possible.
  • Examples of the membranous porous material suitable for use in the present invention include porous glass, porous inorganic ceramics, and metal porous materials.
  • the liquid metal powder in the mixture is blocked by the membranous porous body, and only the heat-resistant continuous phase liquid passes through the membranous porous body!
  • the pores of the membranous porous body are clogged by the liquid metal powder deposited on the membranous porous body.
  • the pressure is higher than the critical pressure, if there is a portion where the concentration of the liquid metal powder is partially high, the pressure required for the press-fitting of the liquid metal powder will increase there, and it may be clogged in the same way as below the critical pressure. . Accordingly, it is desirable that the liquid metal powder is allowed to permeate the membranous porous body as quickly as possible with the liquid metal powder uniformly dispersed in the mixture.
  • a stirrer is installed in the container containing the mixture, and the mixture is stirred with the stirrer to make the concentration of the mixture as uniform as possible.
  • Any stirrer may be used, but a stirrer suitable for use in the present invention is a stirrer or a propeller. Further, as long as it is possible to uniformly disperse the liquid metal powder in the mixture, not only the above stirring device but also various commercially available dispersion / mixing devices can be used.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic structure of the low melting point metal particle manufacturing apparatus of the present invention (hereinafter simply referred to as the manufacturing apparatus!), And Figs. 3 and 4 show that the liquid metal particle size is more uniform in the basic structure.
  • FIGS. 5 (1)-(4) are schematic diagrams showing the arrangement of the main parts of the manufacturing apparatus, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the manufacturing apparatus, which includes FIG. 5 (1).
  • the manufacturing apparatus includes a dispersion mechanism 30, a liquid phase pump 31, a membranous porous body 32, and a cooling mechanism 33.
  • the dispersion mechanism 30 is charged with a low-melting-point metal powder P and a heat-resistant continuous phase liquid L, and becomes a mixture therein.
  • a heat-resistant continuous phase liquid that has reached a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting-point metal powder is put in advance, and the low-melting-point alloy powder is poured into the heat-resistant continuous-phase liquid to melt the low-melting-point alloy powder.
  • low temperature, heat-resistant continuous phase liquid and low-melting-point alloy powder are injected together, and heat-resistant continuous-phase liquid and low-melting-point alloy powder are installed with an electric heater installed in the dispersion mechanism May be heated to melt the low melting point alloy powder.
  • the dispersion mechanism is a mixture in which the molten low melting point alloy powder is uniformly dispersed in the heat-resistant continuous phase liquid.
  • the mixture of the low melting point alloy powder and the heat-resistant continuous phase liquid that has been melted by the dispersion mechanism 30 is pumped by the liquid feed pump 31 and permeates through the membranous porous body 32 to obtain a molten state in which the particles are aligned. Low melting point alloy particles. Thereafter, the low melting point alloy particles are cooled by the cooling mechanism 33 to become solid low melting point alloy particles, which are recovered by an appropriate recovery mechanism.
  • FIGS. 3 and 4 are conceptual views of a manufacturing apparatus for making the basic structural force and the particle size of the low melting point alloy particles uniform in FIG.
  • the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • Fig. 3 the mixture of the heat-resistant continuous phase liquid and the low melting point alloy particles is allowed to permeate through a plurality of membranous porous bodies 32 ⁇ ⁇ ⁇ while the mixture permeates through the plurality of membranous porous bodies. Further, the particle size becomes uniform.
  • the mixture is repeatedly permeated through one membranous porous body 31 to make the particle size uniform.
  • 1 is a mixing chamber that is a dispersion mechanism
  • 2 is a molding chamber that is a part of the cooling mechanism
  • 3 is a membranous porous body.
  • FIG. 5 (1) there is a mixing chamber 1 in the lower part, and a molding chamber 2 is arranged upward via a membranous porous body 3 thereon.
  • liquid metal particles become liquid metal particles when a mixture of liquid metal powder and heat-resistant continuous phase liquid is pumped from below to permeate through the membranous porous material.
  • Fig. 5 (2) there is a mixing chamber 1 in the upper part, and a molding chamber 2 is arranged in the downward direction via a membranous porous body 3 below it.
  • FIG. 5 (3) the mixing chamber 1, the membranous porous body 3, and the molding chamber 2 are arranged side by side in order, and the mixture is pumped from right to left in the figure.
  • a mixing chamber 1 having a membranous porous body 3 installed in the upper part is housed in the molding chamber 2.
  • the mixture is pumped upward from the mixing chamber 1 in the molding chamber 2 and becomes liquid metal particles when pumped to the molding chamber.
  • the manufacturing apparatus of the example is composed of a mixing chamber 1, a molding chamber 2, a membranous porous body 3, a pressurized container 4, and a cooling container 5.
  • the mixing chamber 1 has a bottomed cylindrical shape, and is provided with a male screw 6 on the outer side of the upper end, and a circular recess 7 is formed on the inner side of the upper end.
  • a connecting pipe 9 having a ball valve 8 is connected to the lower side wall of the mixing chamber, and the other end of the pipe is connected to the pressurized container 4.
  • An electric heater 10 is wound outside the mixing chamber 1, and the outside of the electric heater is covered with a heat insulating material 11.
  • a stirring bar 12, which is a stirrer, is placed in the lower part inside the mixing chamber 1.
  • the stirrer 12 is arranged in the lower part of the outside of the mixing chamber 1 and is not shown in the figure. It is rotated by a magnet rotor!
  • the molding chamber 2 has a lid shape with a high ceiling, and a female screw 13 that is screwed with the male screw 6 of the mixing chamber 1 is screwed inside.
  • a female screw 13 that is screwed with the male screw 6 of the mixing chamber 1 is screwed inside.
  • an inner flange 14 having a diameter larger than that of the depression 7 of the mixing chamber is formed.
  • a hole 15 is formed in the side wall of the molding chamber 2, and a discharge nozzle 16 is connected to the hole.
  • the membranous porous body 3 has a disk shape that can be fitted into the recess 7 of the molding chamber 1.
  • An electric heater 10 is wound around the outer side of the pressurized container 4, and the outer side of the electric heater is covered with a heat insulating material 11.
  • a lid member 19 connected to a gas inflow pipe 18 is screwed to the upper portion of the pressurized container 4, and the gas inflow pipe is connected to a gas compression source (not shown).
  • a stirrer 12 as a stirring device is also placed in the lower part inside the pressurized container 4. The stirrer 12 is rotated by a magnet rotor (not shown) disposed at the lower outer portion of the pressurizing chamber 4.
  • the cooling container 5 is a bottomed container, and its volume is larger than that obtained by adding the volumes of the mixing chamber 1, the molding chamber 2 and the pressurized container 4.
  • the outside of the cooling container 5 is covered with a water jacket 20.
  • the water jacket 20 also has cold water flowing through the inflow loca (not shown).
  • drainage drainage (not shown) is also drained, and the outside of the cooling vessel 5 is cooled with water.
  • the membranous porous material used in the present invention is not limited to the disc shape depending on the shape and positional relationship of the mixing chamber and the molding chamber, and other shapes such as a membranous porous material such as a cylindrical shape can also be used. It is.
  • the heating method, dispersion method, pressurizing method, cooling method, and the like may be selected in accordance with the required production capacity, etc., which do not substantially affect the contents of the present invention.
  • the gas pressure required for the heat-resistant continuous phase liquid in the caloric pressure chamber 4 from the gas inlet pipe 18 of the pressurizing chamber 4 using a nitrogen gas cylinder as a pressurizing source was confirmed.
  • the heat-resistant continuous phase liquid in the pressurizing chamber 4 flows into the mixing chamber 1 from the connecting pipe 9 and permeates the mixture K through the membranous porous body at a stretch and flows into the molding chamber 2.
  • the heat-resistant continuous phase liquid and liquid metal particles that have flowed into the molding chamber 2 enter the cooling container 5 through the discharge pipe 16 connected to the hole 15 of the molding chamber 2. Since the periphery of the cooling container 5 is cooled by the water jacket 20, the heat-resistant continuous phase liquid and the low melting point metal particles that have entered the cooling container 5 are cooled, and the liquid metal particles are solidified.
  • the membranous porous material used in the low melting point metal particle production apparatus of the present invention is a flat membranous hydrophilic porous glass membrane (manufactured by SPG Techno) with pore sizes of 20.2 ⁇ m, 10.9 ⁇ m, 5.5 ⁇ m. Three types were used.
  • the heat-resistant continuous phase liquid was toluene, and the dispersion stabilizer was tetraglycerin condensed ricinoleic acid ester TGCR (manufactured by Sakamoto Pharmaceutical Co., Ltd.) at a concentration of 5% by mass.
  • Example 1 the membranous porous body was pressed into the pore diameters of 20.2 ⁇ m, 10.9 ⁇ m, and 5.5 ⁇ m at pressures of 0.5 MPa, 1.35 MPa, and 3.5 MPa, respectively.
  • the low melting point metal particles and the heat-resistant continuous phase liquid formed through the membranous porous material are sent to a cooling vessel and cooled to solidify the liquid low melting point metal particles, and then the continuous phase is decanted.
  • the remaining low-melting metal particles were washed with toluene and dried with a vacuum drier.
  • the average particle sizes of the low melting point metal particles obtained in the present invention are 11.5 ⁇ m, 7.9 ⁇ m, and 4.8 ⁇ m, respectively, which are about the same as the pore size of the membranous porous material used. Or less. That is, in the present invention, low melting point metal particles having a desired particle size can be produced by selecting the pore size of the membranous porous material to be used.
  • the particle size distribution of the obtained low-melting-point metal particles also changes when the permeation flow rate with respect to the membranous porous body changes.
  • the pore diameter of the membranous porous body is the same, if the membranous porous body is permeated under the same conditions, the permeation flow rate is increased by increasing the pressure. Therefore, the pressure was changed as follows.
  • the low melting point metal used was the same low melting point metal powder as in Example 1, the membrane porous material was a flat membrane hydrophilic porous glass with a pore size of 20.2 ⁇ m, and the heat resistant continuous phase liquid was toluene.
  • the dispersion stabilizer tetotraglycerin-condensed ricinoleate TGCR was used at a concentration of 5% by mass, and the production was carried out according to the procedure of Example 1. However, the pressure was applied in three ways: 0.4 MPa, 0.7 MPa, and 1.35 MPa. The average particle size of the obtained particles was 13.5 ⁇ m, 10.0 ⁇ m, and 6.7 ⁇ m, respectively. From this result, it was found that when the pore size of the membranous porous material was the same, as the permeation flow rate increased, the particle size distribution was maintained and shifted to the smaller particle size side.
  • Example 3 A 63Sn-Pb eutectic solder (melting point: 183 ° C) was used as the low melting point metal, and a solder powder with an average particle size of 37 m prepared by the gas atomization method was used as the low melting point metal powder.
  • the membrane porous material is a flat membrane-like hydrophilic porous glass having a pore diameter of 20.2 ⁇ m, a commercially available lubricating oil is used as the heat-resistant liquid, and the low melting point metal particles are prepared in the same manner as in Example 1. Manufactured. However, the temperature immediately before permeating the membranous porous material was set to 200 ° C, and the applied pressure was 1.45 MPa. The average particle size of the obtained solder particles was 9.3 ⁇ m. As a result of observation with an SEM photograph, it was found that the low-melting-point metal particles obtained by the present invention have a shape close to a true sphere.
  • particles having a more uniform particle diameter can be obtained by repeatedly permeating the low melting point metal particles through the membranous porous body. Therefore, the low melting point metal particles obtained by permeating the membranous porous material once were permeated again, and the effect on the particle size was examined.
  • low melting point metal lead-free solder (M705: Sn-3Ag-0.5Cu, melting point 217-220 ° C, manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd.) was used, and the average particle size prepared by the gas atomization method was 37. m solder powder was used as the low melting metal powder.
  • Pipe-shaped hydrophilic porous glass with a pore size of 6.0 m is used for the membrane-like porous body, the heat-resistant continuous phase liquid is a commercially available lubricant, and the dispersion stabilizer is a sucrose fatty acid ester (trade name ER290, Mitsubishi Chemical Corporation).
  • Low melting point metal particles were produced in the same procedure as in Example 1 using Foods Co., Ltd.
  • the obtained low-melting-point metal particles having an average particle size of 7.3 ⁇ m were used again as a low-melting-point metal powder, and permeated through a pipe-like hydrophilic porous glass having a pore size of 6.0 m under exactly the same conditions as the first time.
  • the low-melting point metal particles after passing through the hydrophilic hydrophilic porous glass twice have an average particle size of 4.9 ⁇ m, and the particle size distribution is more than that of the low-melting point metal particles passed through only once. It became sharp and a shift to the small particle size side was confirmed.
  • the porous glass is not limited to the porous glass as long as it is a film-like porous body having a uniform pore diameter. Therefore, an example using a material other than porous glass will be described.
  • the low melting point metal powder of Example 4 having an average particle size of 37 m was used as the low melting point metal powder, and a noble asymmetric ceramic film having a nominal pore diameter of 3 ⁇ 4 ⁇ m of the skin layer (composition A1)
  • heat-resistant liquid is commercially available lubricant, sucrose as a dispersion stabilizer
  • Low melting point metal particles were produced in the same procedure as in Example 1 using a fatty acid ester (trade name: ER290, manufactured by Mitsubishi Igaku Foods Co., Ltd.) at a concentration of 5% by mass. However, the temperature immediately before permeating the membranous porous material was set to 240 ° C, and the pressure was 4 MPa. The obtained low melting point metal particles had an average particle size of 2.6 m and a relatively uniform particle size distribution. Industrial applicability
  • the adjustment of the particle size of the solder particles has been described.
  • the present invention is not limited to solder particles, but any metal particles that melt at a temperature at which a heat-resistant liquid can be used. Any particle size adjustment of the metal particles can be performed.

Abstract

　ソルダペーストはフラックスと低融点金属粒子を混和したものであるが、従来の低融点金属粒子の製造方法や製造装置で作られた低融点金属粒子は粒径が大小様々な径のものが混在していた。従って、該ソルダペーストは微小なはんだ付け部に印刷塗布するためのマスクの微小な孔に完全に充填できなかったり、版抜け性が悪かったりした。 　本発明は、耐熱性連続相液体と溶融状態の金属粉末が混ざり合った混合物にし、該混合物を膜状多孔質体に透過させることにより低融点金属粉末を所定の粒径に成形する。また本発明の装置は、加熱分散機構と冷却機構の間に膜状多孔質体を設置し、加熱分散機構には圧力容器を接続して加熱分散機構に高圧の圧力をかけるようにした。

Description

低融点金属粒子の製造方法及びその装置
技術分野
[0001] 本発明は低融点金属粒子、特にプリント基板のはんだ付けに用いるソルダペースト 用のはんだ粒子を製造するのに適した方法及びその装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、電子部品のはんだ付けとしては、リフロー法が多用されている。このリフロー 法とは、ソルダペーストを用いてはんだ付けする方法であり、ソルダペーストの印刷塗 布、リフロー加熱の工程を経てはんだ付けを行うものである。即ち、リフロー法におけ る印刷塗布工程は、はんだ付け部と一致したところに孔が穿設されたマスクを被はん だ付け物の上に載置し、該マスクの上にソルダペーストを置 、て力 スキージで搔き 均してマスクの孔にソルダペーストを充填する。そしてマスクを上方に引き離すと、マ スクの孔に充填されて 、たソルダペーストがはんだ付け部に移って塗布される。これ を版抜けという。その次のリフロー加熱工程は、ソルダペーストが塗布された部位に 電子部品を搭載してからリフロー炉のような加熱装置で加熱し、ソルダペーストを溶 融させる。このリフロー法は、はんだ付け部全体を一度の作業ではんだ付けが行える という作業性に優れているば力りでなぐ不要箇所にははんだが付着しないため信頼 性の面でも優れたはんだ付け方法である。
[0003] このリフロー法に用いるソルダペーストとは、はんだ粒子とペースト状のフラックスを 混練したものであり、適度な粘調性を有して 、る。
ここで近時の電子部品の状況について簡単に説明する。携帯機器の多機能化と小 型軽量化に伴 、、チップ部品も 1005 (10mm X 5mm)から 0603 (6mm X 3mm)の時代と なり、さらに 0402 (4mm X 2mm)と微小化が進んでいる。半導体の加工も主流のワイヤ 一ボンディング力 小型化と信号の高速処理を目的にフリップチップ実装が増加傾 向となっている。また先端分野では品質'信頼性とともに部品価格の追求が一段と厳 しくなつて!/、る。フリップチップ実装にぉ 、てもコストを重視して金バンプからソルダバ ンプ、ソルダバンプもはんだメツキ'ソルダボールよりもコスト的に有利なソルダペース トによる安定したバンプ形成法が多く研究開発されている。
[0004] 通常、微小面実装 ·印刷法によるウェハーバンプ形成の課題は、安定したソルダぺ 一ストの印刷と確実な版抜けである。このウェハーバンプ形成では、一電極当たりの はんだ粒子は通常横並びにすると、少なくても 6— 10個程度は必要である。 0402チッ プの電極寸法を 0.18mmとすると、はんだ粒子の粒径は #10 (5— 15mm)と # 21 (15— 25mm)の適正なブレンドが必要となる。また直径 100 mのウェハーバンプでは、は んだ粒子の径が 10 mが限界であり、安定した版抜け性を維持するためには 5— 10 μ m程度が要求される。
[0005] ところでソルダペーストに用いるはんだ粒子の製造方法としては、溶融はんだを細 Vヽノズルからドラム内で滴下すると同時に、この液滴を高圧気体で吹き飛ばして細か な粒子にするアトマイズ法 (特許文献 1)や、溶融はんだを高速で回転する円盤上に 滴下させ、回転円盤の遠心力で飛散させて細かな粒子にする回転円盤法 (特許文 献 2)や、そして高温となった油中にはんだを投入して溶融するとともに、油と溶融は んだを攪拌分散装置で攪拌することにより細かな粒子にする攪拌分散法 (特許文献 3 )等がある。これらのはんだ粒子の製造方法で得られたはんだ粒子は、そのままでは 小さいもので数 m、大きいもので 100 m以上というように、大小様々のはんだ粒子 が混ざり合っている。
特許文献 1：特開平 7-258707号公報
特許文献 2：特開平 9-10990号公報
特許文献 3：特開平 2-118003号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] このように大小様々なはんだ粒子が混ざり合って!/、るソルダペーストでは、前述の 微小チップ部品のはんだ付け部やウェハーバンプ形成箇所にマスクを用いて印刷 塗布しても、マスクの微小な孔にソルダペーストが完全に充填されな力つたり、たとえ ソルダペーストが充填できたとしても、今度は版抜け性が悪力つたりして、きれいに印 刷ができない。そのため、現状は分級工程を組み込むことで粒径の調整を行ってい るが、取扱中における粒子の酸ィ匕の問題等も生じる。本発明は、微小はんだ付け部 へきれ!/、な印刷ができ、かつはんだ付け性のよ!、ソルダペースト用の低融点金属粒 子を製造する方法および装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明者らは、液体金属粉末を耐熱性連続相液体とともに膜状多孔質体の細孔に 透過させると、液体金属粒子は膜状多孔質体の細孔径と同程度、若しくはそれ以下 の大きさに微細化されることを見いだし、本発明を完成させた。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明における金属粒子生成の原理を説明する模式図である。
[図 2]本発明にかかる製造装置の基本構造を表した概念図である。
[図 3]基本構造力 さらに金属粒子の均一化を図った変更例の概念図である。
[図 4]基本構造力 さらに金属粒子の均一化を図った別の変更例の概念図である。
[図 5]図 5(1)— (4)は本発明にかかる製造装置の要部の概念図である。
[図 6]図 5(1)を具体ィ匕した製造装置の説明図である。
符号の説明
[0009] A 加圧室側
B 成形室側
T 膜状多孔質体
H 孔
L 耐熱性連続相液体
P 液体金属粉末
G 液体金属粒子
発明を実施するための最良の形態
[0010] 本発明では、粉状の低融点金属を基に所望の粒径の低融点金属粒子を得るもの であるが、膜状多孔質体透過前と透過後を区別するために、膜状多孔質体を透過さ せる前のものを便宜上「粉末」と称し、膜状多孔質体透過後のものを「粒子」と称する ようにした。また溶融状態の金属を液体金属、固体状態の金属を固体金属と称するこ ととした。さらにまた本明細書では、 100— 250°Cの範囲に融点がある金属を「低融点 金属」と記し、 100°C以下の融点を有する金属は、特に「超低融点金属」と記して区別 する。一方、低融点金属がはんだの場合、鉛が主成分の 1つとして含まれるものを鉛 はんだ、主成分としては含有して ヽな 、ものを鉛フリーはんだと記して区別する。
[0011] そして本明細書で用いる用語を次のように定義した。
「分散安定剤」は液体金属同士の合一を抑制する作用を示す物質の総称である。 本明細書では積算体積分布の 50%径を平均粒径とし、個々の粒子そのものの大き さを粒子の粒径と呼ぶこととする。
[0012] 膜状多孔質体の細孔径は相対累積細孔分布曲線において、貫通細孔容積が全 体の 50 %を占めるときの細孔径を意味する。
本発明は、溶融状態の低融点金属粉末と該低融点金属の融点以上の温度となつ た耐熱性連続相液体とからなる混合物に一定以上の圧力をかけて、二個以上の孔 が連通した膜状多孔質体に該混合物を透過させることにより液体金属粉末を所定の 径の液体金属粒子に成形し、その後、該液体金属粒子と耐熱性連続相液体を低融 点金属の融点以下に冷却することにより固体金属粒子を得ることを特徴とする低融 点金属粒子の製造方法である。
[0013] またもう一つの発明は、少なくとも、液体金属粉末と耐熱性連続相液体を加熱'分 散させる分散機構と二個以上の連通した孔を有する膜状多孔質及び膜状多孔質体 を透過した液体金属粒子を冷却する冷却機構から成ることを特徴とする低融点金属 粒子の製造装置である。
[0014] 本発明において、金属粒子生成の原理を図 1で説明する。多数の孔 Η· · ·を有する 膜状多孔質体 Tの一方を加圧室側 A、他方を成形室側 Bとする。加圧室側 Aには膜 状多孔質体 Tの孔 Hの径よりも大径の液体金属粉末 Ρ· · ·が耐熱性連続相液体しとと もに入れられている。そして加圧室側 Αから圧力（下部の大矢印）をかけると、大径の 液体金属粉末 Ρ· · ·は、耐熱性連続相液体 Lとともに膜状多孔質体 Τの孔 Η· · ·を透 過して成形室側 Βに移動する。このとき、大径の液体金属粉末 Ρ· · ·は、液体金属粒 子 G' · ·に成形され、また膜状多孔質体 Τの孔 Ηを透過した後の液体金属粒子の大き さは、膜状多孔質体の細孔径及び液体金属粉末の膜に対する透過速度により決定 される。つまり得られる液体金属粒子の粒径は、用いる膜状多孔質体の細孔径に依 存するとともに、膜状多孔質体に対する透過速度如何によつて孔径と同程度、或い は孔径以下に成形でき、しかも適切に条件を設定することで膜状多孔質体の孔を透 過した後の液体金属粒子の粒径を一定範囲内で制御することができる。
本発明で使用する低融点金属は、 250°C以下に融点があれば特に制限されず、例 えば、 Sn/Pb系、 Sn/Bi/Pb系、 Sn/Ag/Pb系、 Sn/Sb/Pb系、 Sn/Ag/Bi/Pb系、
Sn/Sb/Ag/Pb系などの鉛はんだ、 Sn、 Sn/Ag系、 Sn/Cu系、 Sn/Bi系、 Sn/In系、 Sn/Zn 系、 Sn/Sb系、 Sn/Ag/Cu系、 Sn/Zn/Bi系、 Sn/Cu/Sb系、 Sn/Bi/Ag系、 Sn/Bi/In系、 Sn/Cu/Ni系、 Sn/Zn/In系、 Sn/Ag/Bi/Cu系、 Sn/Ag/Cu/In系、 Sn/Ag/Cu/Sb系、 Sn/Ag/Cu/Bi/In系などの鉛フリーはんだ、 Bi/Pb/Sn系、 Bi/Sn/Cd系、 Bi/Pb/Sn/Cd 系、 Bi/Pb/Sn/Cd/In系などの超低融点金属およびこれらの混合物が使用できる。一 般的にこうした合金の主組成割合 (質量％)と融点は、 63Sn/37Pbの共晶合金では 183°C、（46— 60)Sn/(3— 8)Bi/(37— 46)Pbは 172— 190°C、（62— 62.8)Sn/(0.4— 2)Ag/(36— 36.8)Pbは約 179°C、（10— 27)Sn/(3— 8)Sb/(70— 82)Pbは 188— 261°C、 (42 一 56)Sn/(l— 3)Ag/(2— 14)Bi/(39— 42)Pbは 137— 178°C、 65Sn/0.5Sb/0.4Ag/34.1Pb は 180— 186°C、 Snは 232°C、 96.5Sn/3.5Agの共晶合金は 221°C、 97Sn/3Agは約 222 °C9.25Sn/0.75Cuの共晶合金は 227°C、 42Sn/58Biの共晶合金は 139°C、 48Sn/52In の共晶合金は 118°C系、 91Sn/9Znの共晶合金は 199°C、 99Sn/lSbの共晶合金は 232 。C、 95Sn/5Sbは 232— 240°C、（95.5— 99)Sn/(0.3— 3.5)Ag/(0.5— 0.75)Cuは 215— 227 。C、 (89— 89.5)Sn/(7.5— 8)Zn/3Biは 190— 199°C、（98.8— 99)Sn/(0.7— 0.9)Cu/0.3Sb は 227— 229°C、（42— 90.5)Sn/(7.5— 57)Bi/(l— 2)Agは 138— 229°C、 70Sn/20Bi/10In は 147— 169°C、 99.2Sn/0.7Cu/0.1Niは 227— 229°C、 86Sn/9Zn/5Inは 188°C、 (77.5— 96)Sn/(2— 3.2)Ag/(l— 20)Bi/(0.5— 0.75)Cuは 138— 221°C、 95.3Sn/3Ag/0.7Cu/lIn は 214— 217°C、（95.6— 96.2)Sn/(2.5— 3.4)Ag/(0.5— 0.8)Cu/(0.2— 0.5)Sbは 216— 221°C、 92.8Sn/3Ag/0.7Cu/lBi/2.5Inは 204— 215°C、 49Bi/18Pb/12Sn/他は約 58°C 、 50Bi/22Sn/2.8Cdは 68°C、（42.5— 50)Bi/(26.7— 37.7)Pb/(11.3— 13.3)Sn/(8.5— 10)Cdは 70— 100°C、 44.7Bi/22.6Pb/8.3Sn/5.3Cd/Inの共晶合金は 46.8°Cであるが、 これらの組成を変更したり、別の金属を添加したり、あるいは微量な成分を添加した 合金であっても、基本的に融点が 250°C以下であればよい。 [0016] 本発明に使用する耐熱性連続相液体としては、低融点金属の融点よりも沸点が高 ぐ添加する分散安定剤が十分溶解あるいは均一に分散できるものであればよぐ油 脂類、ロウ類、石油系油剤、有機溶剤、合成系油剤など多くの油剤を単独もしくは 2 種以上を混合して使用できる。好ましい該液体としては、鉱物油、植物油、グリコール 類等であり、また融点が 100°C以下の超低融点金属粉末に対しては、水やトルエンの ように沸点の高!ヽ有機溶剤等も使用可能である。
[0017] 上記耐熱性連続相液体は、単体で使用したり混ぜ合わせて使用したり、さら〖こは分 散安定剤を添加して使用したりすることも可能である。本発明においては、分散安定 剤の添加の有無は液体金属粒子自体の生成過程に本質的には影響しな 、。従って 、分散安定剤を添加せずとも液体金属粒子の生成は可能である。しかし、分散安定 剤は膜状多孔質体を透過する前の液体金属粉末や透過後の液体金属粒子が合一 するのを抑止できる。そのため分散安定剤の添加は、製造される低融点金属粒子の 歩留まりを向上させ、さらに耐熱性連続相液体に対する液体金属粉末の割合を大き くできることから、単位時間当たりの生産性を向上させる効果がある。耐熱性連続相 液体中の分散安定剤の種類は、耐熱性連続相液体に均一に分散し、金属の融点付 近の温度であっても液体金属粒子の合一を抑制する作用を示すものであれば特に 限定されない。
[0018] 耐熱性連続相液体として油剤を用いる場合、例えば、ステアリン酸カルシウム、ォレ イン酸カルシウム、リシノール酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ベヘン酸カルシゥ ム、オクタン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、パルミチン酸亜鉛、ミリ スチン酸亜鉛、ゥンデシレン酸亜鉛、ォレイン酸亜鉛、リシノール酸亜鉛、ベヘン酸 亜鉛、サリチル酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ミリスチン酸マグ ネシゥム、ォレイン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ベヘン酸アルミニウム、 オクタン酸アルミニウム、ステアリン酸鈴、ォレイン酸鈴、オクタン酸鈴、ナフテン酸鈴 、その他、コバルト石鹼、ニッケル石鹼、鉄石鹼、銅石鹼、マンガン石鹼、スズ石鹼、リ チウム石鹼などの金属石鹼が有効である。また、酪酸、カプロン酸、力プリル酸、カプ リン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ァラキジン酸、ベへニン 酸などの飽和脂肪酸及びォレイン酸、リノール酸、リノレン酸、エル力酸などの不飽和 脂肪酸は、油剤と金属液体の界面に配向し、上記金属石鹼と同じ分散作用を示す。 さらに力プリル酸、力プリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ノルミチン酸、ステアリン酸、 ベへニン酸、ォレイン酸、リノール酸、エル力酸、縮合リシノール酸、イソパルミチン酸 、イソステアリン酸、混合脂肪酸とポリグリセリンとのエステルであるポリグリセリン脂肪 酸エステルゃショ糖ステアリン酸エステル、ショ糖パルミチン酸エステル、ショ糖ミリス チン酸エステル、ショ糖ォレイン酸エステル、ショ糖べへニン酸エステル、ショ糖エル 力酸エステルなどのショ糖脂肪酸エステルも良好な分散作用を示す。ポリグリセリン脂 肪酸エステル及びショ糖脂肪酸エステルは食品添加物としても広く用いられて ヽる非 イオン系の界面活性剤であり、ポリグリセリン脂肪酸エステルについてはポリグリセリン の重合度およびエステル化度、ショ糖脂肪酸エステルにつ 、てはエステルイ匕度によ つて親水性、親油性の度合 ヽが異なるものが存在するが耐熱性連続相液体の種類 などに応じて適宜選択すればよい。また耐熱性連続相液体として水や、水系の溶剤 であるポリエチレングリコールなどのダリコール類などを用いる場合には、一般的な陰 イオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤の他、高分子 界面活性剤、フッ素系界面活性剤、有機金属界面活性剤などが挙げられる。またこ れらとは別に、ショ糖のように糖類の中にも合一抑制作用を示すものがある。これらは 単独もしくは 2種以上混合しても力まわな 、。
本発明に使用して特に好適な分散安定剤としては、テトラグリセリン縮合リシノレィ ン酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等である。
本発明の装置に使用する膜状多孔質体としては、均一な貫通孔を有し、しかも低 融点金属の溶融温度で変質したり破壊したりしな 、ものであればよ!、。膜状多孔質 体の細孔は円柱状であっても、角柱状であっても、あるいは他の形状であってもかま わない。また、細孔が膜面に対して垂直あるいは斜めに貫通したり、あるいは絡み合 い構造でも粒子は生成する。肝心なのは、細孔の水力学的直径及び有効長さが均 一であることであり、こうした細孔構造を有し、液体金属の融点より高い耐熱性がある 膜状多孔質体であれば本発明に使用することができる。一般に、膜状多孔質体はパ イブ状、或いは平膜型など形状によって多くの種類があり、構造的にも対称膜と非対 称膜あるいは均質膜と不均質膜などに分けられるが、そうした形状や構造は本質的 に本発明の効果に影響を与えないので、特に制限されない。膜状多孔質体の材質も 、例えば、ガラス、セラミックス、シリコン、耐熱性高分子や金属などが挙げられ、接触 角が 90° を越えて液体金属に濡れないものであれば、特に制限されない。
[0020] また、本発明においては、液体金属粉末を膜状多孔質体に透過させるのに必要な 圧力が非常に重要であるが、目的の細孔径を有するスキン層及びスキン層より細孔 径の大きな支持層からなる非対称構造の非対称膜を用いた場合には、同じ膜厚を有 し、かつ細孔径が該非対称膜のスキン層と同一である対称膜よりも必要な圧力を低 減することが可能である。
[0021] 本発明に使用して好適な膜状多孔質体としては、多孔質ガラス、多孔質無機セラミ ッタス、金属多孔質体があげられる。
本発明にお 、ては液体金属粉末を膜状多孔質体に圧入するために最低限必要な 臨界圧が存在する。該臨界圧以下では混合物中の液体金属粉末が膜状多孔質体 によって阻止され、耐熱性連続相液体のみが膜状多孔質体を透過すると！、う濾過の 状態になり、やがて膜状多孔質体上に堆積した液体金属粉末により膜状多孔質体 の孔が閉塞する。また臨界圧以上であっても、部分的に液体金属粉末の濃度が高い 部分が存在すると、そこで液体金属粉末の圧入に要する圧力が増大し、臨界圧以下 の場合と同様に閉塞する場合がある。従って、できるだけ液体金属粉末が混合物中 で均一に分散した状態で速やかに膜状多孔質体を透過させることが望ましい。
[0022] 上記の理由により液体金属粉末を一定の圧力下で、膜状多孔質体にスムーズに透 過させるためには混合物中の濃度が均一であることが望ましい。そのため、混合物を 入れた容器内に攪拌装置を設置して、該攪拌装置で混合物を攪拌し、混合物の濃 度をできるだけ均一にする。攪拌装置としては、如何なるものでもよいが、本発明に 使用して好適な攪拌装置は、スタラーやプロペラである。また、液体金属粉末を混合 物中に均一に分散することが可能であれば、上記攪拌装置に限らず、市販されてい る各種分散 ·混合装置も使用することができる。
[0023] 以下、図面に基づいて本発明の低融点金属粒子の製造装置を説明する。図 2は本 発明低融点金属粒子の製造装置 (以下、単に製造装置と!/、う）の基本構造を表す概 念図、図 3、 4は該基本構造において液体金属粒子の粒度をさらに均一化するため の概念図、図 5(1)— (4)は製造装置の要部をアレンジした概略図、図 6は図 5(1)を具 体ィ匕した製造装置の説明図である。
[0024] 先ず図 2の基本構造の概略図について説明する。製造装置は分散機構 30、液相 ポンプ 31、膜状多孔質体 32、冷却機構 33から構成されている。分散機構 30には、 低融点金属粉末 Pと耐熱性連続相液 Lが投入され、中で混合物となる。分散機構 30 では、予め低融点金属粉末の融点以上の温度となった耐熱性連続相液体を入れて おき、該耐熱性連続相液体に低融点合金粉末を投入して低融点合金粉末を溶融さ せてもよ!、し、或いは温度の低!、耐熱性連続相液体と低融点合金粉末を一緒に投 入し、分散機構に設置された電熱ヒーターで耐熱性連続相液体と低融点合金粉末 を加熱して、低融点合金粉末を溶融させてもよい。要は、分散機構では耐熱性連続 相液体中に溶融状態の低融点合金粉末が均一に分散された混合物になっているこ とである。
[0025] 分散機構 30で溶融状態となった低融点合金粉末と耐熱性連続相液体の混合物は 、液送ポンプ 31で圧送されて膜状多孔質体 32を透過して粒子の揃った溶融状態の 低融点合金粒子となる。その後、低融点合金粒子は冷却機構 33で冷却され、固体 の低融点合金粒子となって、適宜な回収機構により回収される。
[0026] 図 3、 4は図 2の基本構造力 さらに低融点合金粒子の粒度を均一化するための製 造装置の概念図である。図 2と同一部分は同一符号を付して、その説明は省略する 。図 3では耐熱性連続相液体と低融点合金粒子の混合物を複数の膜状多孔質体 32 • · ·に透過させるようにしたもので、混合物が複数の膜状多孔質体を透過するうちに 、さらに粒度が均一となるものである。また図 4は混合物を一つの膜状多孔質体 31に 対して繰り返して透過させることにより、やはり粒度が均一となるものである。
[0027] 図 5の製造装置の実施例の概念図では、 1が分散機構となる混合室、 2が冷却機構 の一部となる成形室、 3が膜状多孔質体を示している。図 5(1)は、下部に混合室 1が あり、その上に膜状多孔質体 3を介して成形室 2が上方向に配置されている。ここで は液体金属粉末と耐熱性連続相液体の混合物が下方から上方に圧送されて膜状多 孔質体を透過するときに液状金属粒子となる。図 5(2)は、上部に混合室 1があり、そ の下に膜状多孔質体 3を介して成形室 2が下方向に配置されているもので、混合物 は上方力 下方に圧送される。図 5(3)は、混合室 1、膜状多孔質体 3、成形室 2が順 次横方に並設されたもので、混合物は図中右方から左方へ圧送される。図 5(4)は、 成形室 2内に膜状多孔質体 3を上部に設置した混合室 1が収納されている。ここでは 成形室 2内の混合室 1から上方に混合物が圧送され、成形室に圧送するときに液体 金属粒子となる。
[0028] 次 、で図 5(1)の概念図に基づ 、た具体的な製造装置を図 6で説明する。実施例の 製造装置は、混合室 1、成形室 2、膜状多孔質体 3、加圧容器 4、冷却容器 5から構 成されている。混合室 1は有底筒状であり、上端外側に牡ネジ 6が螺設されていて、 上端内側には円形の窪み 7が形成されている。また混合室の下部側壁には途中にボ ールバルブ 8を有する連結パイプ 9が接続されており、該パイプの他端は加圧容器 4 に接続されている。混合室 1の外部には電熱ヒーター 10が卷回されており、さらに該 電熱ヒーターの外側は断熱材 11で覆われている。混合室 1の内側下部には攪拌装 置である攪拌子 12が置かれている。攪拌子 12は混合室 1の外側下部に配置された 図示しな!、マグネットローターにより回転するようになって!/、る。
[0029] 成形室 2は天井の高い蓋状となっており、内側には前述混合室 1の牡ネジ 6と螺合 する牝ネジ 13が螺設されている。成形室 2の中程には前述混合室の窪み 7よりも大 径の内側フランジ 14が形成されている。また成形室 2の側壁には穴 15が穿設されて おり、該穴には排出ノイブ 16が接続されている。
[0030] 膜状多孔質体 3は前記成形室 1の窪み 7に嵌合することができる円盤状である。
加圧容器 4の外側には、電熱ヒーター 10が卷回されており、さらに該電熱ヒーター の外側は断熱材 11で覆われている。加圧容器 4の上部には、気体流入パイプ 18を 接続した蓋部材 19が螺合されており、該気体流入パイプは図示しない気体圧縮源 に接続されている。また加圧容器 4の内側下部にも攪拌装置である攪拌子 12が置か れている。攪拌子 12は加圧室 4の外側下部に配置された図示しないマグネットロータ 一により回転するようになって!/、る。
[0031] 冷却容器 5は、有底の容器であり、その容積は混合室 1と成形室 2及び加圧容器 4 の容積を加えたものよりも大きくなつている。冷却容器 5の外側はウォータージャケット 20で覆われている。ウォータージャケット 20には、図示しない流入ロカも冷水が流 入され、やはり図示しない流出ロカ 排水されていて、冷却容器 5の外側を水で冷却 するようになっている。
[0032] また本発明に使用する膜状多孔質体は、混合室と成形室の形状や位置関係により 円盤形に限らず、その他の形状、例えば円筒形等の膜状多孔質体も使用可能であ る。また加熱方法や分散方法、加圧方法、冷却方法等は実質的に本発明の内容を 左右するものではなぐ必要とする製造能力等に応じて最適なものを選択すればよい
[0033] 次に上記構造を有する装置を用いた低融点金属粒子の製造方法について説明す る。
連結ノイブ 9のボールバルブ 8を閉めた状態にしてお 、て、上記の耐熱性液体と分 散安定剤を混合した耐熱性連続相液体 Rを混合室 1と加圧室 4に入れ、それぞれの 攪拌子 12で攪拌するとともにヒーター 11で加熱する。そして耐熱性連続相液体尺の 温度が低融点金属粉末の融点付近になったところで、混合室 1の耐熱性連続相液 体に固体金属粉末を投入し、さらに固体金属粉末の融点以上になるまで加熱する。 耐熱性連続相液体中で液状となった液体金属粉末 Pが攪拌子 12の攪拌で耐熱性連 続相液体に均一に分散して混合物 Kとなる。この混合物 Kの温度が一定になったの を確認してカゝら加圧室 4の気体流入パイプ 18から窒素ガスボンベを加圧源としてカロ 圧室 4の耐熱性連続相液体に必要なガス圧をかけ、連結パイプ 8のボールバルブ 9 を開ける。すると加圧室 4の耐熱性連続相液体は連結パイプ 9から混合室 1に流入し て、混合物 Kを膜状多孔質体に対して一気に透過させて成形室 2に流入させる。成 形室 2に流入した耐熱性連続相液体と液体金属粒子は、成形室 2の穴 15に接続さ れた排出パイプ 16を通って冷却容器 5内に入る。冷却容器 5は周囲がウォータージ ャケット 20で冷却されて ヽるため、冷却容器 5に入った耐熱性連続相液体と低融点 金属粒子は冷やされ、液体金属粒子は固化する。
[0034] さらに本発明の低融点合金粒子を製造する実施例について説明する。
実施例 1
[0035] 先ず、低融点金属として 44.7Bi-22.6Pb-8.3Sn-5.3Cd-19. lln (融点 46.8°C、（株) -ラ コ製)を使用し、本発明出願人の一人が提案した膜状多孔質体に液体金属を透過さ せて液体連続相中に液体金属粒子を分散させる膜乳化法 (特願 2001-328672号）に より平均粒径 37 mの低融点金属粉末を準備しておく。本発明の低融点金属粒子 の製造装置に使用する膜状多孔質体は、平膜状親水性多孔質ガラス膜 (SPGテクノ 社製)で、孔径が 20.2 μ m、 10.9 μ m、 5.5 μ mの三種類を用いた。耐熱性連続相液 体はトルエンであり、分散安定剤はテトラグリセリン縮合リシノレイン酸エステル TGCR( 阪本薬品工業 (株)製)を 5質量％の濃度で使用した。
[0036] 実施例 1では、膜状多孔質体の孔径が 20.2 μ m、 10.9 μ m、 5.5 μ mに対して、それ ぞれ 0.5MPa、 1.35MPa、 3.5MPaの圧力で圧入した。膜状多孔質体を透過して形成さ れた低融点金属粒子と耐熱性連続相液体を冷却容器に送って冷却し、液状の低融 点金属粒子を固化させた後、連続相をデカンテーシヨンにより除き、残った低融点金 属粒子をトルエンで洗浄してカゝら真空乾燥器により乾燥した。本発明で得られた低融 点金属粒子の粒径はいずれも平均粒径はそれぞれ 11.5 μ m、 7.9 μ m、 4.8 μ mであ り、用いた膜状多孔質体の孔径と同程度、若しくはそれ以下であった。つまり本発明 では、使用する膜状多孔質体の孔径の選択により、希望する粒径の低融点金属粒 子を製造することができる。
実施例 2
[0037] 本発明においては、同じ孔径の膜状多孔質体を用いても、膜状多孔質体に対する 透過流速が変化すると、得られる低融点金属粒子の粒径分布も変化する。膜状多孔 質体の孔径が同じ場合、同一条件で膜状多孔質体を透過させれば、加圧力を高く することで透過流速は上昇する。そこで以下のとおり加圧力を変化させた。低融点金 属としては実施例 1と同一の低融点金属粉末を用い、膜状多孔質体には孔径が 20.2 μ mの平膜状親水性多孔質ガラス、耐熱性連続相液体としてはトルエンに分散安定 剤のテトトラグリセリン縮合リシノレイン酸エステル TGCRを 5質量％の濃度で使用し、 実施例 1の手順で製造を行った。ただし加圧力は 0.4MPa、 0.7MPa、 1.35MPaの 3通り で行った。得られた粒子の平均粒径はそれぞれ 13.5 μ m、 10.0 μ m、 6.7 μ mであつ た。この結果より、膜状多孔質体の孔径が同一の場合、透過流速が大きくなるに従つ て、粒径分布は維持したまま、小粒径側にシフトしていることが分力つた。
実施例 3 [0038] 低融点金属として 63Sn-Pbの共晶はんだ (融点 183°C)を使用し、ガスアトマイズ法 により調製された平均粒径 37 mのはんだ粉末を低融点金属粉末として用いた。膜 状多孔質体には孔径 20.2 μ mの平膜状親水性多孔質ガラスを用い、耐熱性液体と して市販の潤滑油を使用し、実施例 1と同様の手順で低融点金属粒子の製造を行つ た。ただし、膜状多孔質体を透過させる直前の温度は 200°Cに設定し、加圧力は 1.45MPaとした。得られたはんだ粒子の平均粒径は 9.3 μ mであった。 SEM写真で観 察したところ、本発明で得られる低融点金属粒子は、形状が真球に近いことが分かつ た。
実施例 4
[0039] 本発明では、低融点金属粒子を膜状多孔質体に繰り返し透過させることにより、より 粒径の揃った粒子を得ることもできる。そこで膜状多孔質体を 1回透過させて得られ た低融点金属粒子を再度透過させ、粒径に与える影響を検討した。
[0040] 低融点金属として、鉛フリーはんだ（M705:Sn-3Ag-0.5Cu、融点 217— 220°C、千住 金属工業 (株)製)を使用し、ガスアトマイズ法により調製された平均粒径 37 mのはん だ粉末を低融点金属粉末として用いた。膜状多孔質体には孔径 6.0 mのパイプ状 親水性多孔質ガラスを用い、耐熱性連続相液体は市販の潤滑油、分散安定剤はシ ョ糖脂肪酸エステル (商品名 ER290、三菱ィ匕学フーズ (株)製)を 5質量％の濃度で使 用し、実施例 1と同様の手順で低融点金属粒子の製造を行った。ただし膜状多孔質 体を透過させる直前の混合物の温度は 240°Cに設定し、加圧力は 4MPaとした。平均 粒径 7.3 μ mの得られた低融点金属粒子を再び低融点金属粉末として用い、 1回目 と全く同じ条件で孔径 6.0 mのパイプ状親水性多孔質ガラスを透過させた。ノイブ 状親水性多孔質ガラスを 2回透過させた後の低融点金属粒子は、平均粒径は 4.9 μ mとなり、 1回のみ透過させた低融点金属粒子と比較して、粒径分布はよりシャープ になり、かつ小粒径側へのシフトが確認された。
実施例 5
[0041] 本発明にお 、ては、孔径の揃った膜状多孔質体であれば、上記多孔質ガラスに限 定されるものではな 、。そこで多孔質ガラス以外のものを用いた実施例にっ 、て説 明する。 低融点金属粉末として実施例 4の平均粒径 37 mの低融点金属粉末を用い、膜状 多孔質体にスキン層の公称細孔径カ ¾ μ mのノイブ状非対称セラミックス膜 (組成 A1
2
0、東芝セラミックス (株)製)、耐熱性液体は市販の潤滑油、分散安定剤としてショ糖
3
脂肪酸エステル (商品名 ER290、三菱ィ匕学フーズ (株)製)を 5質量％の濃度で使用し 、実施例 1と同様の手順で低融点金属粒子の製造を行った。ただし、膜状多孔質体 を透過させる直前の温度は 240°Cに設定し、加圧力は 4MPaで行った。得られた低融 点金属粒子は、平均粒径が 2.6 mであり粒径分布も比較的揃ったものが得られた。 産業上の利用可能性
本発明の実施例では、はんだ粒子の粒径調整につ!ヽて説明したが、本発明は、は んだ粒子に限らず耐熱性液体の使用可能な温度で溶融する金属粒子であれば如 何なる金属粒子の粒径調整を行うことができる。

Claims

請求の範囲
[1] 溶融状態の低融点金属粉末と該低融点金属の融点以上の温度となった耐熱性連 続相液体とからなる混合物に一定以上の圧力をかけて、二個以上の連通孔を有する 膜状多孔質体に該混合物を透過させることにより液体金属粉末を所定の径の液体金 属粒子に成形し、その後、該液体金属粒子と耐熱性連続相液体を低融点金属の融 点以下に冷却することにより固体金属粒子を得ることを特徴とする低融点金属粒子 の製造方法。
[2] 液体金属粉末の膜に対する透過速度を制御することにより、得られる液体金属粒 子の粒径を膜状多孔質体の細孔径と同程度もしくはそれ以下の一定の範囲内にお いて調整することを特徴とする請求項 1記載の低融点金属粒子の製造方法。
[3] 生成した液体金属粒子を繰り返し膜状多孔質体に透過させることにより、より粒径 の揃った液体金属粒子を得ることを特徴とする請求項 1記載の低融点金属粒子の製 造方法。
[4] 前記耐熱性連続相液体は、鉱物油、植物油、グリコール類の 、ずれかであることを 特徴とする請求項 1記載の低融点金属粒子の製造方法。
[5] 耐熱性連続相液体には、分散安定剤が添加されていることを特徴とする請求項 1 記載の低融点金属粒子の製造方法。
[6] 少なくとも、液体金属粉末と耐熱性連続相液体を加熱 ·分散させる分散機構と二個 以上の連通した孔を有する膜状多孔質及び膜状多孔質体を透過した液体金属粒子 を冷却する冷却機構から成ることを特徴とする低融点金属粒子の製造装置。
[7] 前記膜状多孔質体は、非対称構造を有する多孔質ガラス、多孔質無機セラミックス
、金属多孔質体の 、ずれかであることを特徴とする請求項 6記載の低融点金属粒子 の製造装置。
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