(57)【要約】【課題】ソルダーペーストにおいて粉末の微細化の為に適するナノ粒子製造、すなわち、ソルダーペーストに適すると考えられる粒径５０ｎｍ以上のはんだナノ粒子の製造は困難であった。また、はんだナノ粒子を製造後においても、ソルダーペーストにするまでに酸化、凝集することなく取り扱うことも問題となっていた。本発明はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストを提供するものである。【解決手段】ＤＣアークを用いて合成した鉛フリーはんだナノ粒子を用いてソルダーペーストを効率良く製造することを可能にした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子径が１０〜２００ｎｍの範囲内にあるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子を使用することを特徴とするソルダーペースト
【請求項２】
アルゴンと水素の混合ガス雰囲気中でＤＣアーク放電により得られたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子を使用することを特徴とする請求項１に記載のソルダーペースト
【請求項３】
ＤＣアーク放電装置内の循環ガス流量および溶融金属と金属蒸気捕集管の距離を調整することにより、粒径を５０ｎｍ以上に制御されたはんだナノ粒子を使用することを特徴とする請求項１〜２に記載のソルダーペースト
【請求項４】
ＤＣアーク放電装置内で生成したはんだナノ粒子がＤＣアーク放電装置を大気開放することなく、有機溶剤に浸漬後、回収され、そのはんだナノ粒子を使用することを特徴とする請求項１〜３に記載のソルダーペースト
【請求項５】
粒子径が１〜１００μｍの範囲内にあるはんだ粉と請求項１〜４に記載のナノ粒子から構成されることを特徴とするソルダーペースト
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子、特にＤＣアークを用いて合成した鉛フリーはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  フリップチップ接続、マルチチップモジュール接続、チップサイズパッケージ接続等のＩＣ、ＬＳＩ等の接合に使用されるソルダーペーストでは粉末の微細化が進んでおり、ナノ粒子への期待も高まっている。ソルダーペーストに用いるはんだ粉末の製造方法としては、はんだ溶湯を噴霧するのが一般的で噴霧の方法としては回転ディスクの遠心力を利用するもの（遠心アトマイズ法）、ガスをはんだ溶湯に噴射し、噴霧するもの（ガスアトマイズ法）、超音波振動を利用するもの（超音波アトマイズ法）があるが、これらの方法でナノ粒子を製造することは不可能である。一方、ナノ粒子の製造方法としては液中還元法、高周波プラズマ法、アーク放電法などがある。【０００３】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１１１５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２１１１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上記で挙げたようにナノ粒子の製造方法はいくつかの方法が提案されているが、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだナノ粒子の製造方法およびそのはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストの報告はほとんどされておらず、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストを製造するには、三元系のはんだナノ粒子の製造が困難である為、特にソルダーペーストに適すると考えられる粒径５０ｎｍ以上の粒子の製造が困難であるという問題点がある。【０００６】  また、はんだナノ粒子を製造後、ソルダーペーストにするまでに酸化、凝集することなく取り扱うことが困難である為、ソルダーペーストの製造も困難であり、さらに、はんだナノ粒子を効率良く製造することが困難であるため、ソルダーペーストを効率良く製造することも困難であるとした問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子、特にＤＣアークを用いて合成した鉛フリーはんだナノ粒子、三元系のはんだナノ粒子の製造を容易にすることで、はんだナノ粒子を製造後、ソルダーペーストにするまでに酸化、凝集することなく取り扱うことを可能にした。そのため、はんだナノ粒子を効率良く製造することを容易にすること出来、ソルダーペーストを効率良く製造することを可能にした鉛フリーはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストに関するものである。【０００８】  本発明は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子、特に粒径１０ｎｍ以上のはんだナノ粒子を使用し、そのはんだナノ粒子を酸化、凝集させることなく、ソルダーペーストを効率良く製造しようとするもので、粒子径が１０〜２００ｎｍの範囲内にあるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子を使用することを特徴とするソルダーペーストであり、また、アルゴンと水素の混合ガス雰囲気中でＤＣアーク放電により得られたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子を使用することを特徴とするソルダーペーストである。【０００９】  更に、ＤＣアーク放電装置内の循環ガス流量および溶融金属と金属蒸気捕集管の距離を調整することにより、粒径を５０ｎｍ以上に制御されたはんだナノ粒子を使用することを特徴とするソルダーペーストであり、ＤＣアーク放電装置内で生成したはんだナノ粒子がＤＣアーク放電装置を大気開放することなく、有機溶剤に浸漬後、回収され、そのはんだナノ粒子を使用することも可能である。【００１０】  そのほか、粒子径が１〜１００μｍの範囲内にあるはんだ粉と上記のナノ粒子から構成されることを特徴とする鉛フリーはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストに関するものである。
【発明の効果】
【００１１】  本発明によれば、三元系のはんだナノ粒子の製造を容易にし、はんだナノ粒子を製造後、ソルダーペーストにするまでに酸化、凝集することなく取り扱うことが出来る。また、はんだナノ粒子を効率良く製造することを容易にすることで、ソルダーペーストを効率良く製造することが出来る。
【発明を実施するための形態】
【００１２】本発明はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだナノ粒子、特にＤＣアークを用いて合成した鉛フリーはんだナノ粒子を使用したソルダーペーストに関するものである。
【００１３】  本発明は、はんだＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだに関するものであるが、その他の鉛フリーはんだ、すなわち、Ｓｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｚｎから選択された少なくとも一種の金属を含むことも可能であり、具体的には、鉛フリーはんだ粒子を形成するハンダ組成としては、以下を例示できる。
２元系合金：  ９５．３Ａｇ／４．７Ｂｉ等のＡｇ−Ｂｉ系、６６Ａｇ／３４Ｌｉ等のＡｇ−Ｌｉ系、３Ａｇ／９７Ｉｎ等のＡｇ−Ｉｎ系、６７Ａｇ／３３Ｔｅ等のＡｇ−Ｔｅ系、９７．２Ａｇ／２．８Ｔｌ等のＡｇ−Ｔｌ系、４５．６Ａｇ／５４．４Ｚｎ等のＡｇ−Ｚｎ系、８０Ａｕ／２０Ｓｎ等のＡｕ−Ｓｎ系、５２．７Ｂｉ／４７．３Ｉｎ系のＢｉ−Ｉｎ系、３５Ｉｎ／６５Ｓｎ、５１Ｉｎ／４９Ｓｎ、５２Ｉｎ／４８Ｓｎ等のＩｎ−Ｓｎ系、８．１Ｂｉ／９１．９Ｚｎ等のＢｉ−Ｚｎ系、４３Ｓｎ／５７Ｂｉ、４２Ｓｎ／５８Ｂｉ等のＳｎ−Ｂｉ系、９８Ｓｎ／２Ａｇ、９６．５Ｓｎ／３．５Ａｇ、９６Ｓｎ／４Ａｇ、９５Ｓｎ／５Ａｇ等のＳｎ−Ａｇ系、９１Ｓｎ／９Ｚｎ、３０Ｓｎ／７０Ｚｎ等のＳｎ−Ｚｎ系、９９．３Ｓｎ／０．７Ｃｕ等のＳｎ−Ｃｕ系、９５Ｓｎ／５Ｓｂ等のＳｎ−Ｓｂ系
３元系合金：  ９５．５Ｓｎ／３．５Ａｇ／１Ｉｎ等のＳｎ−Ａｇ−Ｉｎ系、８６Ｓｎ／９Ｚｎ／５Ｉｎ、８１Ｓｎ／９Ｚｎ／１０Ｉｎ等のＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ系、９５．５Ｓｎ／０．５Ａｇ／４Ｃｕ、９６．５Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ等のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、９０．５Ｓｎ／７．５Ｂｉ／２Ａｇ、４１．０Ｓｎ／５８Ｂｉ／１，０Ａｇ等のＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ系、８９．０Ｓｎ／８．０Ｚｎ／３．０Ｂｉ等のＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系
その他：
Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ
【００１４】  以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定を受けるものではない。
【実施例】
【００１５】  実施例１
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕの鉛フリーはんだを大気圧アルゴン−水素アークにより、溶融、蒸発させ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだナノ粒子を合成した。この時、アーク電流は２００Ａ、アーク電圧は２０−４０Ｖとした。また、装置内の循環ガス流量は１５０ＮＬ／ｍｉｎ、溶融金属と金属捕集管との距離は１０ｍｍとした。合成終了後、フィルターで捕集されたはんだナノ粒子は装置を大気開放することなく、装置内に設けられた有機溶剤の満たされた回収用容器内に移した。その後、装置を大気開放し、有機溶剤に浸漬したはんだナノ粒子を容器ごと取り出した。【００１６】  得られたはんだナノ粒子は凝集することなく、有機溶剤中に分散された状態であり、透過型電子顕微鏡で観察したところ、個数平均径は１００ｎｍであった。また、このはんだナノ粒子が分散してある有機溶剤をヘキシルカルビトールで置換後、固形分を調整し、はんだナノ粒子とヘキシルカルビトールの重量が９０：１のはんだナノ粒子分散体を得た。また、水添ロジン５５ｇ、アジピン酸２．０ｇ、水添ヒマシ油６．０ｇ、ヘキシルカルビトール２７ｇを配合し、フラックス９０ｇを作製した。はんだナノ粒子分散体９１０ｇとフラックス９０ｇを混合することで、ナノ粒子ソルダーペースト１０００ｇを得た。【００１７】  このソルダーペーストは滑らかで、はんだナノ粒子が凝集することもなく、銅板に印刷し、リフロー炉により、流したところ、はんだナノ粒子は溶融し、金属光沢を有し、良好なはんだ付性を示した。【００１８】  実施例２
平均径６μｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ粉末９００ｇと水添ロジン５５ｇ、アジピン酸２．０ｇ、水添ヒマシ油６．０ｇ、ヘキシルカルビトール３７ｇを配合したフラックス１００ｇを混合し、１０００ｇのソルダーペーストを作製した。このソルダーペースト９００ｇに実施例１のナノ粒子ソルダーペースト１００ｇを混合し、一部ナノ粒子のソルダーペースト１０００ｇを作成した。このソルダーペーストはナノ粒子を含まないソルダーペーストと比較して、優れた印刷性および保存安定性を示した。【００１９】  比較例１
金属捕集管を取り付けない以外は実施例と同じ条件ではんだナノ粒子を合成した。実施例１と同様にはんだナノ粒子をＴＥＭで観察したところ、個数平均径は３０ｎｍであった。また実施例１と同じ方法、配合でソルダーペーストを作製したところ、状態は滑らかなものの、銅板に印刷し、リフロー炉に流すと、はんだナノ粒子はほとんど溶融しなかった。【００２０】  比較例２
回収用容器内に有機溶剤が満たされていない以外は実施例と同じ条件ではんだナノ粒子を合成した。回収容器内のはんだナノ粒子は装置を大気開放後、酸化を防止するために、ヘキシルカルビトールに浸漬した。実施例１と同様にはんだナノ粒子をＴＥＭで観察したところ、個数平均径は１００ｎｍであった。実施例と方法、配合でソルダーペーストを作製したところ、状態は滑らかなものの、銅板に印刷し、リフロー炉に流すと、はんだナノ粒子はほとんど溶融しなかった。