(57)【要約】【課題】    粒子径が100〜数μｍ程度の金属粒子を高品質かつ高効率で得る。【解決手段】溶媒又は分散媒中に金属が含まれてなる金属融液を、多孔質膜に対し加圧して浸透させ、前記多孔質膜の孔から金属液滴を放出させ、金属液滴を含む懸濁液又はエマルジョン液を形成し、前記懸濁液又はエマルジョン液を冷却して金属液滴を金属固体粉末とする。多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際に、多孔質膜表面で液体を流動させて、金属液滴の形成を促進する。【選択図】      図４
2006328471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒又は分散媒中に金属が含まれてなる金属融液を、多孔質膜に対し加圧して浸透させ、前記多孔質膜の孔から金属液滴を放出させ、前記金属液滴を含む懸濁液又はエマルジョン液を形成し、前記懸濁液又はエマルジョン液を冷却して前記金属液滴を金属固体粉末とすることを特徴とする金属粒子の製造方法。
【請求項２】
多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際に、多孔質膜表面又は多孔質膜表面付近で媒体を流動状態とすることにより、金属液滴の形成を促進することを特徴とする請求項１記載の金属粒子の製造方法。
【請求項３】
多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際に、多孔質膜表面を金属融液に対し振動させて、金属液滴の形成を促進することを特徴とする請求項１または２記載の金属粒子の製造方法。
【請求項４】
多孔質膜の孔の表面材質として、金属融液との接触角が10度以上となる物質を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項記載の金属粒子の製造方法。
【請求項５】
請求項1〜４のいずれか１項記載の金属粒子の製造方法により得られることを特徴とする金属粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子基板の配線や素子を固定化する際に使用するハンダ粉等に好適に用いられる金属粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ハンダ粉としては、Pb,In,Bi,Ag,Sn,Ga等を主成分とした組成を用いており、これらをアトマイズ法という方法により微粉化して所定のサイズにしたものを使用している。
【０００３】
現在、ハンダに使用する金属粉は、粒径が10μm〜100μｍ程度の微粉であるが、昨今の電子部品の微細化に伴い、これらの金属粉の微粉化が求められており、要求されている金属粒子径は1〜10μm程度と、非常に小さいものとなっている。金属粒子径が1μm以下となると、湿式法での作製も可能となるが、ペースト粘度の上昇があるため不向きであり、10μm以上になると微細化に対応できない。
【０００４】
現在のアトマイズ法では、目的とする金属の溶湯から金属粒子径が10〜100μｍの範囲内に微紛化することは通常のガスアトマイザ−でも可能である。また、数百気圧に加圧した水アトマイザー法では、特許文献1のように平均粒径が100μｍ以下の微紛も可能である（特許文献１参照）。
【０００５】
遠心力を利用する微紛化では、回転デスク径、回転数、溶湯またはスラリ−分散媒の表面張力と粘性および回転体表面への濡れ性等の因子が関係する。特に回転デスク径と回転数は第一義的な要因であり、大きい遠心力程、微細化に有利なことは勿論であるが、さりとて40,000〜50,000 rpmという高速回転で、しかも径が１０cm以上もあるような回転デスクの採用は遠心力に対抗する材質強度やモ−タ−への負荷の大きさに制限されて実用的ではないとされている。
【０００６】
一方、ガスの吹付けも、噴射後、ガスは急速に３次元的に拡散するから、柱状に流下する溶湯またはスラリ−に対して厚さ方向の剪断力が足りず、特に粘性や表面張力が大きい溶融金属については本発明が意図する粒度への微紛化が不十分な状況にある。現時点では上記何れの方法も数十μｍが限度とされている。
【０００７】
そこで、液相中で高速攪拌して微紛化する方法が検討されてきた（特許文献２参照）。
【特許文献１】特願平１０−１３５５５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の方法等では、微粉化することができる金属粒子は、製品の僅か一部分にすぎず、非能率的で実用的ではない。また、水を用いるために酸化されて品質が劣化するという問題点もあった。また、特許文献２に記載の方法では、平均粒径が10μm程度と比較的に小さいものが得られているが、粒度分布が整ったものが出来難いという問題があった。
【０００９】
このように、従来法においては、たとえば、電子基板の配線や素子を固定化する際に使用するハンダ粉として、粒径が100〜数μm程度の金属微粉末（金属粒子）の作製が難しく、更に粒度分布が急峻な粉が得られていないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、粒径が100〜数μｍ程度の金属微粉末（金属粒子）を高品質かつ高効率に得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の金属粒子の製造方法は、上記の課題を解決するために、溶媒又は分散媒中に金属が含まれてなる金属融液を、多孔質膜に対し加圧して浸透させ、前記多孔質膜の孔から金属液滴を放出させ、前記金属液滴を含む懸濁液又はエマルジョン液を形成し、前記懸濁液又はエマルジョン液を冷却して前記金属液滴を金属固体粉末とすることを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の金属粒子の製造方法は、上記の課題を解決するために、多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際に、多孔質膜表面又は多孔質膜表面付近で媒体を流動状態とすることにより、金属液滴の形成を促進することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の金属粒子の製造方法は、上記の課題を解決するために、多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際に、多孔質膜表面を金属融液に対し振動させて、金属液滴の形成を促進することを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の金属粒子の製造方法は、上記の課題を解決するために、多孔質膜の孔の表面材質として、金属融液との接触角が10度以上となる物質を用いることを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の金属粒子の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項1〜４のいずれか１項記載の金属粒子の製造方法により得られることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、粒子径が数μｍ〜１００μｍ程度の金属粒子を高品質かつ高効率に得ることが可能である。すなわち、多孔質膜の孔から金属液滴を放出させこれを剪断することにより寸断化された金属液滴から金属固体粉末を得ることで、たとえば、水アトマイザー法のように大気中で水粒子を衝突させる等の工程を入れることがないので、酸化等の問題が起こることなく、しかも、粒度分布が急峻な金属粒子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明によればその目的は下記のようにして達成される。すなわち、目的とする金属の融体を一定の気孔サイズを持つ膜を通じて、非金属性溶媒に押圧し、気孔サイズの液滴として金属融体を非金属性液体に分散させるものである。この際、一定の気孔サイズを持つ膜に対して、非金属性液体をたとえば、1ｃｍ/sec以上の流速で移動させ、気孔から押し出される金属液体を剪断させる。
【００１８】
その際、非金属性液体に分散された金属液滴を安定化するためには、金属液滴の表面に界面活性剤による被膜形成をすることが望ましい。
【００１９】
また、分散された金属液滴間に融着が起きないように、金属液滴が分散された非金属性液体を金属の融点以下の温度に、すぐに冷却することが望ましい。
【００２０】
本発明の金属粒子に用いられる金属としては、Pb,In,Bi,Ag,Sn,Ga等、これら例示の金属１種のみ、２種以上を含む合金、これら例示の金属を主成分として含む組成の金属類が挙げられる。また、加工性その他の観点より、金属粒子の融点は３００℃以下であることがより好ましい。
【００２１】
本発明に係る金属融液は、有機溶媒、水、分散媒等に金属が溶解、分散、または溶融して含まれる融液であればよい。
【００２２】
図１は、本発明に係る多孔質膜を有する筒状体の概略構成を示す正面図であり、図２は、その横断面図である。図１〜２に示すように、本実施の形態に係る多孔質膜１は、中空筒状体で形成されており、中空部分に金属融液を充填させる構成となっている。筒状体側面には、貫通孔２が複数設けられている。貫通孔２の数及び内径は、得ようとする金属粒子の粒子径や金属の種類により適宜定めればよい。
【００２３】
中空部分から金属融液を多孔質膜に対し加圧する場合の圧力は金属の種類により異なり特に限定されないが、たとえば、Ga等を用いる場合には、０．０１MPa〜数１０MPaが好ましく、０．１MPa〜数１０MPaがさらに好ましい。
【００２４】
本発明の多孔質膜材料又は多孔質膜の孔の表面材質としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（四ふっ化エチレン樹脂）（PTFE）、パーフルオロアルコキシアルカン（四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）(PFA)、パーフルオロエチレンプロペンコーポリマー（四ふっ化エチレン-六ふっ化プロピレン共重合樹脂）(PFEP)、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（四ふっ化エチレン-エチレン共重合樹脂）(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド（ふっ化ビニリデン樹脂）(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン（三ふっ化塩化エチレン樹脂）  (PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー（三ふっ化塩化エチレン-エチレン共重合樹脂）(ECTFE)、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー(TFE/PDD)、ポリビニルフルオライド（ふっ化ビニル樹脂）(PVF)等の弗素樹脂が挙げられる。また、弗素樹脂以外にポリイミド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等が挙げられる。
【００２５】
上記例示の材質を多孔質材料として用いる、又は、SUSやセラミックスから作製した多孔質体に表面処理剤として用いて、金属との濡れ性を抑制して、多孔質膜に対して金属の圧入をしやすくすることが好ましい。多孔質膜の膜厚としては、たとえば、１〜１０μｍ程度を用いることができる。
【００２６】
本発明の金属粒子の製造方法において、多孔質膜の孔の表面材質として、金属液体との接触角が、１０度以上となる物質を用いることがより好ましい。接触角とは、図３に示すように、固液界面・水平線と、液滴端での接線、この二つの線がなす角θをいい、たとえば、接触角計を用いた測定法の一つである液滴法によりもとめることができる。
【００２７】
本発明の金属粒子の製造方法において、多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際には、多孔質膜表面またはその付近において、媒体を流動状態とすることで金属液滴の形成を促進させ、より効率的かつ高品質の金属粒子を得ることができる。媒体を流動状態とする方法としては、攪拌装置を用いて攪拌する方法、媒体を循環させる方法等が挙げられる。流動状態とするときの流動速度は、用いる多孔質膜等の強度等により適宜定めることができ、特に限定されないが、たとえば、１ｃｍ／sec以上が好ましく、１０ｃｍ／sec以上さらに好ましく、５０ｃｍ／sec以上１０００ｃｍ／sec以下程度が最も好ましい。媒体は、液体であっても、気体、固体等であってもよく、たとえば、シリコンオイル等が用いられ得る。
【００２８】
また、本発明の金属粒子の製造方法において、多孔質膜の孔から金属液滴を取り出す際には、多孔質膜表面を金属融液に対し振動させることで金属液滴の形成を促進させ、より効率的かつ高品質の金属粒子を得ることができる。金属融液を振動させる方法としては、たとえば、超音波振動を与える方法等が挙げられる。
【実施例】
【００２９】
Ga金属を、直径30ｍｍ内径20mm、高さ50mm、厚さ１０μｍのポリテトラフルオロエチレン膜に内径30μmの貫通孔を多数に開けた筒状体に入れ、その容器にアルゴンガスで加圧できるように密閉した。この密閉管をシリコンオイルに浸漬して、シリコンオイルの温度を150℃にまで昇温し、Ga金属を溶融させた。この状態でシリコンオイルを攪拌装置で、50cm/secで密閉管の周囲を流動させた。この後に、アルゴンガスで密閉管内に0.1MPaの圧力を加えて、Ga金属の融液をポリテトラフルオロエチレンに作製した孔から押し出した。この後、シリコンオイルを外側に設置した冷却槽で20℃以下に冷却し、Ga液滴を凝固させた。シリコンオイル中に沈殿したGa粉をろ過で回収した。作製したGa液滴は30μｍ程度の大きさの球状粉となっていた。
【００３０】
融点が120℃程度のInGaの合金やIn単体でも、シリコンオイルを200℃程度にすることにより、同様に作製することができた。
【００３１】
ポリテトラフルオロエチレンに作製した貫通孔のサイズを30，50，100μmにしたものを作製して、シリコンオイルを200℃に設定し、融点が150℃のGaZn合金を用いて行った試験でも、各貫通孔のサイズに応じた粉が作製された。
【００３２】
次に、用いる金属をGa金属にし、シリコンオイルの温度を150℃とし、ポリテトラフルオロエチレンに作製した貫通孔のサイズを30μｍに固定して、シリコンオイルの流動速度を変えて、作製される金属液滴の状態を比較した。この結果、以下の表1のようになった。この結果から、上記条件下では、少なくとも50cm/sec以上の流速が好ましいことが分かった。
【００３３】
【表１】
2006328471.tif 000003
次に、用いる金属をGa金属にし、ヘキサンの温度を60℃とし、ポリテトラフルオロエチレンに作製した貫通孔のサイズを30μｍに固定して、ヘキサン中に界面活性剤を添加して、その効果を調べた。界面活性剤としてオレイン酸を3パ−セント添加した。その結果、図４に示すように、粒子径の一様な金属粒子が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の金属粒子の用途としては、例えばハンダ粉や粉末冶金用の金属粉としての用途等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る多孔質膜の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１に示す多孔質膜の横断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る金属粒子の製造方法において用いられる接触角θを示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る金属粒子の形状を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３６】
１    多孔質膜  
２    貫通孔
【図１】
2006328471.tif 000004
【図２】
2006328471.tif 000005
【図３】
2006328471.tif 000006
【図４】
2006328471.tif 000007