(57)【要約】      （修正有）【課題】回路基板等の電気又は電子部品やステンレス等の汎用性の高い金属材料の接合が可能なハンダ材を低温で、熱効率良く短時間で接合可能なハンダ接合材を提供する。【解決手段】ハンダ実装を実施するに際し、ダイヤモンド微粒子を含有せしめたハンダフィレットで接合するもので、特にハンダフィレットは、Ｄ５０（体積メジアン径）が２０〜５００ｎｍである爆射法ダイヤモンド微粒子を０．０１〜１０重量％含有するものが好ましい。ハンダフィレットとしては、特に錫−亜鉛共晶、錫−銀−銅共晶等を使用することが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンダ実装を実施するに際し、ダイヤモンド微粒子を含有せしめたハンダフィレットで接合することを特徴とする熱伝導性に優れたハンダ接合材料。
【請求項２】
当該ハンダフィレットは、Ｄ５０（体積メジアン径）が２０〜５００ｎｍである爆射法ダイヤモンド微粒子を０．０１〜１０重量％含有することを特徴とする、特許請求項１に記載の熱伝導性に優れたハンダ接合材料。
【請求項３】
当該ハンダフィレットは、錫−亜鉛共晶、錫−銀−銅共晶等の鉛フリーハンダフィレットであることを特徴とする、特許請求項１乃至２に記載の熱伝導性に優れたハンダ接合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、電気、電子又は機械部品を接合するためのハンダ材に関する。詳細には、回路基板等の電気又は電子部品やステンレス等の汎用性の高い金属材料の接合が可能なハンダ材を低温で、熱効率良く短時間で接合し、経時変化の少ないハンダ接合材を提供する。
【背景技術】
【０００２】  ハンダ付けは、融点が比較的低い物質を用いて物体同士を接合する技術であり、電子機器の接合、組立に幅広く使用されている。例えば、実装基板においては、半導体、マイクロプロセッサー、メモリー、抵抗などの電子部品を基板に実装するための接合等に用いられている。ハンダ付けの長所は、部品を基板に固定するだけでなく、ハンダに含まれる金属の導電性により電気的接続が形成されることであり、この点において有機系の接着剤と異なる。【０００３】  一般的に用いられるハンダは、錫と鉛とによる共晶ハンダで、その理論共晶点が１８３℃であり、多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも低いため、錫／鉛共晶ハンダは、基板等の接合に用いられ、プリント基板などを熱によって損傷しなくて済むという特長を有している。また、この共晶ハンダは、錫成分が銅板の界面で特有の金属化合物層を形成し、ハンダと銅の接着力をより強固にすることも知られている。【０００４】  このような特長を備えた錫と鉛による共晶ハンダは、電子機器の製造における部品の接合、組立において重要なものである。厚膜形成、導体回路形成及び半導体実装のような微細なハンダ付け処理においては、ハンダ粉末とフラックスとを混合したペースト状のソルダーペーストを用いたスクリーン印刷方式等が用いられており、パーソナルコンピューター、携帯電話やページャーなどに代表されるパーソナル機器の急激な普及が進むにつれ、電子部品の実装技術におけるハンダの需要は益々増大している。【０００５】  電子機器の普及は、人々の生活を豊かにしている。しかし、その反面、使用しなくなった電子機器が多量に廃棄されていることも事実であり、廃棄物による環境問題が生じることが危ぶまれている。このため、廃棄物のリサイクル使用や有害な物質を用いない製造方法が提唱されている。特に、有害物質の排除は、環境汚染を未然に防ぐという観点から望ましく、ハンダによる接合技術においても開発が必要と考えられている。【０００６】  密度実装への対応の面からも鉛の使用に対して見直しが必要となっている錫／鉛共晶ハンダは、母材に対する濡れ性が他の金属混合物よりも優れているという特質を有するが、このハンダに含まれる鉛は、廃棄された電子機器を埋め立て処分した場合、長年に渡って酸性雨などに晒されることにより鉛イオンが土壌中へ溶出することが懸念されている。これに対応するために、鉛を固定化する技術が提案されているが、土中への拡散について長期にわたる十分なデータは得られていない。さらに、最近のメモリ素子の高密度化に従い、鉛による電子機器への影響がクローズアップされており、半導体装置における高密度実装への対応の面からも鉛の使用に対して見直しが必要となっている。【０００７】  このような状況から、鉛を含まないハンダを用いた接合技術が必要とされ、錫−亜鉛、錫−銀といった鉛を他の金属に代えたハンダが用いられはじめている。別の金属の組合せによるハンダは、濡れ性、ハンダ付け温度、材料強度、経済性等のハンダに必要とされる性質に関して、汎用製品として多量に用いられる程に十分なものとならないため、未だ普及に至っていない。中でも特にハンダ付け温度（溶融温度）が、鉛を取り除く事で、１０数度から３０数度程度高くなり、用いられている多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも高くなるため、プリント基板などを熱によって損傷するという問題を抱え込んでしまい、特定の用途に限定した使用が期待される程度である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  従って環境公害対策の観点から、鉛を含まないハンダを使用しようとすると、ハンダ付け温度（溶融温度）が、１０数度から３０数度高くなり、用いられている多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも高くなり、プリント基板などを熱によって損傷するので、ハンダ付け温度（溶融温度）を下げることが求められている。また、ハンダ付け時間を極力短縮することによって、プリント基板などが熱によって損傷することを防ぐことが求められている。かかるハンダ付け時間の短縮は、鉛を含まないハンダはもとより、従来の鉛を含むハンダにも、プリント基板などの熱損傷を防ぐ意味で、共通の課題となっていたのである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  そこで、本発明者らは、ハンダ付け温度を下げ、かつハンダ付け時間を短縮するには、熱伝導性の良い材料を用いることが解決策であると思いついて本発明に到達したものである。すなわち、耐熱性があって、ハンダ付け温度（溶融温度）で容易に酸化劣化せず、かつハンダ材との相溶性が良いといった特性を備えながら、熱伝導性の良い材料がないか鋭意検討した結果、ダイヤモンド微粒子を含有せしめたハンダフィレットを用いることによって、熱伝導性を飛躍的にあげて、ハンダ付け温度（溶融温度）は下げ、かつハンダ付け時間を短縮すれば、プリント基板などが熱によって損傷することが防げることを知見して本発明に到達したものである。【００１０】  本発明の課題解決手段は、ハンダ材を、ハンダ実装を実施するに際し、ダイヤモンド微粒子を含有せしめたハンダフィレットで接合することを特徴とする熱伝導性に優れたハンダ接合材料を提供することにある。【００１１】    本発明の上記課題解決手段において、当該ハンダフィレットは、Ｄ５０（体積メジアン径）が２０〜５００ｎｍである爆射法ダイヤモンド微粒子を０．０１〜１０重量％含有するものであるのが好ましい。【００１２】  本発明の上記課題解決手段において、当該ハンダフィレットは、錫−亜鉛共晶、錫−銀−銅共晶等の鉛フリーハンダフィレットであるのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  本発明のハンダ実装を実施するに際し、用いるダイヤモンド微粒子は特に限定されないが、天然ダイヤモンド微粒子、合成ダイヤモンド微粒子が用いられる。合成ダイヤモンドには、炭素質材料に衝撃波を印加してダイヤモンド質微粒子を製造する方法に▲１▼液中対向電極間に形成した衝撃放電を印加する方法▲２▼爆薬の爆発で生じた衝撃波を利用する方法▲３▼反応容器内を高真空に保持し、反応容器内で爆射合成する方法等がある。これら▲１▼▲２▼▲３▼を爆射法ナノダイヤモンド微粒子に含めるとすれば、特に爆射法ナノダイヤモンド微粒子が好ましく用いられる。【００１４】  本発明のハンダ実装を実施するに際し、用いる爆射法ナノダイヤモンド微粒子は、例えば、爆薬（ヘキソーゲン）８０％とグラファイト１４．２％とパラフィン５．８％からなる組成物１０ｇを直径２ｃｍの円柱状に成形し密度１．４７ｇ／ｃｃとした成形物を、一端又は両端開口した管体の内部に充填し、これにヘキソーゲン１．５ｇと６号電圧雷管を装着し、直径１．５ｍ、高さ２ｍの逆円錐形状水槽の水深１ｍのところで爆発させ、この爆射を１０回繰り返して前記成形物の爆射量を合計１００ｇとなし、反応生成物を硝酸で処理し、つぎに塩酸と硝酸の混合物で処理し、つぎにフッ酸と硝酸の混合物で処理し、水洗、乾燥して、使用したグラファイトに対して１１．５％の収率で、ダイヤモンドを合成することができる。【００１５】  用いるダイヤモンド微粒子は用途に応じて特に限定されないが、Ｄ５０（体積メジアン径）が５μ以下の物が用いられる。好ましくは、Ｄ５０が５００ｎｍ以下の爆射法ナノダイヤモンド微粒子を用いることが良い。ナノダイヤモンドを添加する事で、プリント基板などの熱損傷を防げるメカニズムは、ナノダイヤモンド含有量が同一であれば、粒径が小さいほど表面積が大きくなり、ハンダ材に加えられた熱は、熱伝導率の大きなダイヤモンドを介して瞬時に伝わるため、結果としてハンダ付け温度及びハンダ付け時間を短縮し、プリント基板などが熱によって損傷することを防ぐからであると推定される。【００１６】  ハンダ材として、Ｓｎ−Ｐｂ共晶、及びＳｎ−Ｚｎ共晶、Ｓｎ−Ａｇ系共晶などの鉛を含まないハンダ材に適用出来る。Ｓｎ−Ｐｂ共晶としては、Ｓｎ＋３７ｗｔ％Ｐｂ（ハンダ付け温度２２０〜２４０℃、溶融温度１８３℃、熱伝導率５６Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１程度）、Ｓｎ−Ｚｎ共晶としては、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎ（ハンダ付け温度２２０〜２４０℃、溶融温度１９９℃、熱伝導率７２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１程度）、Ｓｎ−Ａｇ系共晶としては、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ（ハンダ付け温度２２０〜２６０℃、溶融温度２１７℃、熱伝導率８０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１程度）が挙げられる。ちなみに、ダイヤモンドの熱伝導率は、２０００〜２４００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１と非常に熱伝導率が大きいことが理解される。【００１７】    ハンダ付け温度の低下は、ハンダフィレットに含有するダイヤモンド微粒子の量、及びＤ５０粒径（体積メジアン径）に依存して一義的に決められないが、５〜２５℃下げられる。Ｄ５０（体積メジアン径）が１〜５μ程度のダイヤモンドを最大５重量％程度ハンダフィレットに含有させると５〜１０℃低下させる事��出来、Ｄ５０（体積メジアン径）が２０〜５００ｎｍである爆射法ダイヤモンド微粒子を０．０１〜１０重量％程度ハンダフィレットに含有させると５〜２５℃低下させる事が出来る。【００１８】  ハンダ実装を実施するに際し、爆射法ダイヤモンド微粒子などのダイヤモンド粉末を、ハンダ材に分散する方法に▲１▼ダイヤモンド微粒子粉末を、分級した粒経が約１０〜５０μｍのハンダ粉末に、均一に分散する▲２▼ハンダ共晶を構成するそれぞれの金属とダイヤモンド微粒子を電解めっき、又は無電解めっきで共析させ、目的とするハンダフィレットになるよう組み合わせる▲３▼ロジンなどに溶融した状態で、ダイヤモンド微粒子を混練して、均一に分散したものを接合時に介在させるといった方法を用いることが出来る。
【実施例】
【００１９】  以下、実施例により本発明を詳細に説明する。【００２０】  （実施例１、比較例１）
酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で、純度９９．９８％の錫９１．０重量部、純度９９．９９％の亜鉛８．５重量部及び純度９９．９７％のマグネシウム０．５重量部を溶融槽に投入し、加熱溶融して均一にした。これを、直径５０μｍのノズルを通して断続的に放出させて液滴を形成し、窒素雰囲気中で冷却固化させることにより、ハンダ粉末を調製した。これを分級して粒経が約１０〜５０μｍのハンダ粉末を得た。このハンダ粉末にＤ５０（体積メジアン径）が１５０ｎｍである爆射法ダイヤモンド微粒子をそれそれ、０．０１重量％（実施例１−１）、０．１重量％（実施例１−２）、１重量％（実施例１−３）、３重量％（実施例１−４）、５重量％（実施例１−５）、１０重量％（実施例１−６）添加した試料を作製した。比較のため無添加のもの（比較例１）もあわせて作製した。【００２１】  他方、重合ロジン（松脂）４６重量部、溶剤（主成分：テルピネオール）４４．５重量部、硬化ヒマシ油（チキソ剤）８重量部、活性剤（主成分：ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩）０．９重量部、パルミチン酸０．３重量部及びエチルアミン塩酸塩０．３重量部に混合しながら加熱した後に冷却して均質のフラックスを調製した。このフラックス１０重量部と前述のハンダ粉末９０重量部とを窒素雰囲気中で攪拌混合してソルダーペーストを得た。【００２２】  このソルダーペーストを用いて５ｍｍ×０．５ｍｍの銅製パッド上でのＩＣ部品のハンダ付けを下記のリフロー条件で行ったところ、比較例１は、リフロー温度２００〜２０５℃でハンダが溶融した。これに対して、実施例１−１を使用したものは１９８〜２０３℃、実施例１−２を使用したものは１９３〜１９８℃、実施例１−３を使用したものは１８８〜１９３℃、実施例１−４を使用したものは１８３〜１８８℃、実施例１−５を使用したものは１８１〜１８６℃、実施例１−６を使用したものは１７９〜１８４℃で、リフロー温度が大幅に下がってハンダが溶融した。
【発明の効果】
【００２３】  本発明によれば、少量のダイヤモンド微粒子を添加したハンダ粉末に、フラックスを加えて調製したソルダーペーストを用いてハンダ付けをおこなったところリフロー温度を大幅に下げてハンダを溶融することが出来た。従って、鉛を含むハンダのみならず、鉛を含まない錫−亜鉛、錫−銀などの溶融温度の高いハンダのリフロー温度を大幅に下げることが可能である。故に、本発明は産業上極めて有用である。