(57)【要約】【課題】Ｉｎを含有する鉛フリーはんだ合金粉を、粒度分布の幅を狭く製造することができる鉛フリーはんだ合金粉の製造方法を提供する。【解決手段】Ａｇを３．０〜４．０質量％、Ｂｉを０．１〜１．０質量％、Ｉｎを４．０〜８．０質量％、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有し、残部が不可避不純物を除いてＳｎである熔湯を、回転するディスク上に供給し、遠心力により噴霧させることによって粉末化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇを３．０〜４．０質量％、Ｂｉを０．１〜１．０質量％、Ｉｎを４．０〜８．０質量％、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有し、残部が不可避不純物を除いてＳｎである熔湯を、回転するディスク上に供給し、遠心力により噴霧させることによって粉末化することを特徴とする鉛フリーはんだ合金粉の製造方法。
【請求項２】
前記熔湯が、Ｃｕを０．５〜０．７５質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の鉛フリーはんだ合金粉の製造方法。
【請求項３】
前記熔湯が、Ａｇを３．５質量％、Ｂｉを０．５質量％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の鉛フリーはんだ合金粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板のリフロー実装時に部品と基板とを接合するのに用いるソルダーペーストの構成部材である鉛フリーはんだ合金粉の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高性能化に伴い、一枚の回路基板上に様々な機能を有する複数の電子部品を搭載することが求められ、回路基板の高集積化が進んでいる。
【０００３】
このような高集積回路基板の実装においては、表面実装（Surface MountTechnology, ＳＭＴ）工法が用いられている。ＳＭＴ工法は、はんだ合金粉を含むソルダーペーストを、基板表面に設けた基板電極上にスクリーン印刷により供給し、印刷したソルダーペースト上に電子部品を搭載後、はんだ合金の融点以上にリフロー加熱してソルダーペーストを溶融させて接合する工法である。
【０００４】
ＳＭＴ工法で用いられるソルダーペーストは、通常、直径が１００μｍ以下の数１０μｍの球形のはんだ合金粉と液状成分であるフラックスとで構成されている。
【０００５】
現在、はんだ合金粉としては、融点やはんだ付け性に加え、強度や長期信頼性が必要な用途で、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉの組成にさらにＩｎを４〜８質量％含ませたＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系などの鉛フリーはんだ合金粉が使用されている。なお、この鉛フリーはんだ合金粉は、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎを含む以外に、不可避不純物元素を除いて残部はＳｎである。
【０００６】
このように、Ｉｎを４〜８質量％の範囲内で含むはんだ合金粉を使用することで、部品と基板との間に、強度や長期信頼性に優れたはんだ接合部を形成することができる。
【０００７】
ところで、一般的な鉛フリーはんだ合金粉の製造方法としては、遠心噴霧法が用いられている。
【０００８】
遠心噴霧法は、数万ｒｐｍ程度の高速度で回転するディスク上に、融点より数十℃高い温度まで加熱して溶融させた合金の熔湯を、毎分数ｋｇ程度の割合で直径数ｍｍのノズルから供給し、遠心力により噴霧、凝固させて粉末化する製法である。
【０００９】
鉛フリーはんだ合金粉の直径の分布である粒度分布は、印刷時の品質に大きな影響を及ぼす重要なパラメータである。
【００１０】
粒度分布の幅が広い場合、印刷量のばらつきが大きくなり、実装時の不良率の上昇や、実使用中の長期信頼性の低下などに繋がる。そのため、ソルダーペースト毎にはんだ合金粉について所定の粒度分布が規定されている。
【００１１】
ソルダーペーストに用いられる一般的なはんだ合金粉は、所定の粒度分布にするために、はんだ合金粉を製造した後に分級し、所定の粒度分布から外れた規格外の粒径のはんだ合金粉を除去して用いられている。
【００１２】
規格外の粒径のはんだ合金粉は使用できないため製造ロスとなり、収率の低下やエネルギーの浪費、コスト増加に繋がる。
【００１３】
そのため、はんだ合金粉の製造工程では、所定の平均粒径で粒度分布の幅をより狭くしたはんだ合金粉を製造することがエネルギー、コストの観点から必要である。
【００１４】
しかしながら、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系などのＩｎを数質量％含有する鉛フリーはんだ合金粉を製造するにあたっては、ディスクへの熔湯の供給から噴霧、凝固までの工程において、凝固開始から完全に凝固するまでの時間が長く凝固挙動が不安定である。具体的には、飛び散った熔湯が、変形した状態で固相化したり、更なるサテライト等の微粒子を形成したり、飛び散った複数の熔湯同士が、互いに合一化することで直径が増加したりする。このようにして、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系の鉛フリーはんだ合金粉については、粒度分布の幅が広くなったり、球状でない異形粉が多く生成される傾向があり、収率面で問題があった。
【００１５】
従来、はんだ合金粉の製造方法として、はんだ合金粉を製造する途中で、ディスクの回転数を所定の回転数に対して±１０％以内の範囲内を条件として上昇または下降させる制御を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−２４００５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来のはんだ合金粉の製造方法では、ディスクの回転数制御により製造中の平均粒径の変動をある程度制御することはできるが、粒度分布の幅を広げたり、狭めたりすることはできない。そこで、特にＩｎを数質量％含有する鉛フリーはんだ合金粉では、共晶組成に近いはんだ合金粉と比較して粒度分布の幅が広くなるという課題があった。
【００１８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、Ｉｎを含有する鉛フリーはんだ合金粉を、粒度分布の幅を狭く製造することができる鉛フリーはんだ合金粉の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金粉の製造方法は、Ａｇを３．０〜４．０質量％、Ｂｉを０．１〜１．０質量％、Ｉｎを４．０〜８．０質量％、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有し、残部が不可避不純物を除いてＳｎである熔湯を、回転するディスク上に供給し、遠心力により噴霧させることによって粉末化することを特徴とする。
【００２０】
前記鉛フリーはんだ合金粉の製造方法において、前記熔湯が、Ｃｕを０．５〜０．７５質量％含有することが好ましい。
【００２１】
前記鉛フリーはんだ合金粉の製造方法において、前記熔湯が、Ａｇを３．５質量％、Ｂｉを０．５質量％含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、Ｉｎを含有する鉛フリーはんだ合金粉を、さらに所定量のＣｕを含有させることによって、粒度分布の幅を狭く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】遠心噴霧装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】Ｓｎ−Ｃｕ二元状態図である。
【図３】Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕ合金のＣｕ含有率を変化させたときの状態図である。
【図４】実施例１−３及び比較例１の鉛フリーはんだ合金粉の粒度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金粉の製造方法では、遠心噴霧法を使用する。この際、熔湯である金属溶融物としては、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎを含有する組成のはんだ合金粉に、さらに所定量のＣｕを含有させたものを用いる。はんだ合金粉を構成する各元素の好ましい含有率については後述する。なお、鉛フリーはんだ合金粉には、Ｐｂは実質的には含有されない。また鉛フリーはんだ合金粉には、不可避的に不純物が含有され得るが、この不可避不純物は本発明の効果を損なわない範囲内であれば含有されていてもよい。不可避不純物の具体例としては、特に限定されないが、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ等が挙げられる。
【００２６】
Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金に添加する元素としてＣｕを選定した理由は以下のとおりである。
【００２７】
まず、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金にＣｕを所定量添加すると、後述するように液相線温度を低くすることができるからである。
【００２８】
次に、Ｓｎと共晶組成を持つ他の元素と比較して、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金粉の機械的特性に大きな影響を及ぼさず、従来の方法で製造したＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金粉と同様のはんだ付け用途で用いることができるからである。
【００２９】
以上の理由から、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金に添加する元素としてＣｕが好ましい。
【００３０】
次に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金にＣｕを添加することによる融点に対する影響について説明する。
【００３１】
図２はＳｎ−Ｃｕ系合金に関するＳｎ−Ｃｕ二元状態図である。
【００３２】
純Ｓｎ（Ｃｕ含有率０質量％）にＣｕを添加していくと、共晶組成であるＳｎ−０．７５質量％Ｃｕに近づくため液相線温度が低くなり、液相線と固相線との間の幅が小さくなる。
【００３３】
さらにＣｕを添加していくと、共晶組成から離れて液相線温度が高くなり、Ｓｎ−１．０質量％Ｃｕ付近で純Ｓｎの液相線温度と同等になる。
【００３４】
このことから、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金においても、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％添加するようにすれば、Ｓｎ−Ｃｕ系合金の共晶組成に近づけて、液相線と固相線との間の幅を小さくすることができる。
【００３５】
このように、液相線と固相線との間の幅を小さくすることで、凝固開始から完全に凝固するまでの時間が短くなるため、凝固挙動を安定化することができる。そして、凝固挙動が安定化することで、遠心噴霧法によりはんだ合金の各粒の直径を所望の値に近づけることが容易となり、粒度分布の狭いはんだ合金粉の収率を向上させることができる。
【００３６】
なお、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金にＣｕを１．０質量％を超えて添加する場合、液相線温度の上昇が著しく、はんだ付け時のリフロー加熱温度が上昇する。リフロー加熱温度の上昇は電子部品や回路基板の耐熱性に影響を及ぼすため、従来のＳＭＴ工法が適用できなくなり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金粉として不適である。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３８】
まず、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金として、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎを選定し、このはんだ合金にさらにＣｕを０．２５〜１．５質量％添加した合金のインゴットを作製した。そして、このインゴットについて示差走査熱量測定（Differential scanning calorimetry, ＤＳＣ）により、液相線及び固相線の温度を測定した。その結果を図３に示す。
【００３９】
Ｃｕを含有しない場合（Ｃｕ含有率０質量％）、液相線温度は２０９℃、固相線温度は２００℃であり、両者の差が９℃であったのに対し、Ｃｕ含有率を０．２５質量％、０．５質量％、０．７５質量％と含有することで液相線温度が低下し、これらのＣｕ含有率で液相線温度と固相線温度との差はそれぞれ８℃、５℃、２℃と小さくなっていった。
【００４０】
しかしながら、Ｃｕ含有率が０．７５質量％より大きくなると液相線温度は上昇に転じる。そして、Ｃｕ含有率が１．０質量％、１．２５質量％の場合には、液相線と固相線との間の幅がそれぞれ７℃、１９℃となり、Ｃｕ含有率が０．７５質量％の場合と比較して大きくなることが確認された。
【００４１】
また、Ｃｕ含有率が１．２５質量％の場合、液相線温度が２１９℃であり、Ｃｕ含有率が０質量％の場合の液相線温度２０９℃と比較して上昇することが確認された。
【００４２】
上記の結果から、Ｃｕ含有率を０．２５〜１．０質量％に変化させたインゴットを作製し、このインゴットを溶融させることで熔湯を作製し、この熔湯を用いて遠心噴霧法による鉛フリーはんだ合金粉を製造した。
【００４３】
図１は遠心噴霧法を使用する際に適用可能な遠心噴霧装置１の一例を示すものである。遠心噴霧装置１は、チャンバ２を備えている。このチャンバ２内は必要に応じて排気して、窒素、アルゴン等の不活性ガスを充填できるようにしてある。チャンバ２内には、円盤状のディスク３が設置されている。このディスク３は、モーター４に接続されてその駆動により高速回転させることができるように構成されている。ディスク３の回転数は必要に応じて調整できるようにしてある。ディスク３の回転数を調整することによって、得ようとする鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径を制御することができる。チャンバ２の天井部には、容器５が設けられている。この容器５は、熔湯６を貯留することができるように構成されている。熔湯６は、例えば溶融炉（図示省略）でインゴット等を溶融し、上記の容器５に導入される。あるいは容器５にヒーター（図示省略）を設けておき、容器５内にインゴット等を入れた後、ヒーターでこのインゴット等を加熱溶融して熔湯６を作製するようにしてもよい。容器５の底部にはノズル７が設けられている。このノズル７は、容器５内の熔湯６をディスク３の上面の中心に滴下して供給することができるように構成されている。ノズル７からの熔湯６の供給量は必要に応じて調整できるようにしてある。チャンバ２の底面には、回収部８が設けられている。この回収部８は、製造された鉛フリーはんだ合金粉を回収することができるように構成されている。
【００４４】
上記の遠心噴霧装置１を用いて、次のようにして各実施例及び比較例の鉛フリーはんだ合金を製造した。
【００４５】
表１〜表４に示す組成のはんだ合金７ｋｇを２７０℃で加熱溶融して熔湯６を作製した。各実施例のはんだ合金は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕ系であるが、各比較例のはんだ合金は、Ｃｕを含有しないＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系である。なお、表１〜表４には、はんだ合金におけるＡｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃｕの含有率を記載しており、残部は不可避不純物を除いてＳｎである。
【００４６】
上記の熔湯６を容器５に貯留し、チャンバ２内を排気すると共に、チャンバ２内に窒素を充填した。チャンバ２内を窒素雰囲気下にした後、容器５内の熔湯６をノズル７から１ｋｇ／分の供給量で、高速回転するディスク３の上面の中心に滴下して供給した。ディスク３としては、材質が炭素鋼であり、直径３０ｍｍの円盤状のものを用いた。ディスク３の回転数は、表１〜表４に示すように４００００ｒｐｍ又は５００００ｒｐｍである。
【００４７】
ディスク３上に滴下された熔湯６は、遠心力によりディスク３の端縁から熔滴９となって噴霧され飛散した。飛散した熔滴９は、チャンバ２内の窒素により急冷されて凝固し、粉末化してチャンバ２の底面に落下して堆積した。この堆積した粉末が鉛フリーはんだ合金粉１０であり、回収部８から回収した。
【００４８】
上記のようにして製造した鉛フリーはんだ合金粉について、レーザー回折粒度測定装置（日機装株式会社製「ＭＴ３３００ＥＸ」）を用いて粒度分布を測定した。
【００４９】
粒度分布の測定結果より、平均粒径及び収率を算出し、粒度分布の幅の広さを評価した。なお、本明細書において平均粒径とは、積算粒子量が５０％になる粒子径であるメディアン径（Ｄ５０）を意味する。
【００５０】
表１に各実施例及び比較例のはんだ合金の組成と遠心噴霧の際のディスクの回転数、得られた鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径及び収率を示す。
【００５１】
本実施形態における収率は、一般的なはんだ合金粉の粒度幅の規格が２０μｍ程度であることから、製造された鉛フリーはんだ合金粉のうち、平均粒径±１０μｍの粒径であるはんだ合金粉の割合とした。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
実施例１−１〜実施例１−４は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕ系のはんだ合金において、Ｃｕ含有率を０．２５〜１．０質量％の範囲内で変化させたものである。比較例１は、Ｃｕを含有しないＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系のはんだ合金である。
【００５４】
図４は、遠心噴霧法により得られた実施例１−３及び比較例１の鉛フリーはんだ合金粉の粒度分布を図示したものである。
【００５５】
図４から明らかなように、比較例１に比べて実施例１−３の方が粒度分布の幅が狭くなっている。
【００５６】
実施例１−１〜実施例１−４及び比較例１の鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径は同程度であるが、収率は各実施例の方が比較例１に比べて高いことから、各実施例の方が粒径分布の幅が狭いことが分かる。
【００５７】
さらに、各鉛フリーはんだ合金粉の品質を評価するため、実施例１−１〜実施例１−４及び比較例１をふるいにかけ、２０〜４０μｍのはんだ合金粉に分級し、一般的なフラックス材料を、はんだ合金粉及びフラックス材料の合計に対して１０質量％となるように混練して、ソルダーペーストを製造した。
【００５８】
上記のソルダーペーストを用い、厚さ１５０μｍのメタルマスクを用いて、２４０℃ピーク温度のリフロー加熱により、１０個の２１２５サイズのチップ抵抗を回路基板にＳＭＴ工法により実装した。
【００５９】
その結果、比較例１では、チップ抵抗の脇に数１０μｍのはんだボールの発生が見られた。このはんだボールは、電子機器の使用中の振動などにより脱離した場合に短絡の原因となり得る。
【００６０】
これに対して、実施例１−１及び実施例１−４では短絡の原因となり得るほどのはんだボールの発生は見られず、特に実施例１−２及び実施例１−３でははんだボールの発生はほとんど又は全く見られなかった。
【００６１】
上記の理由については、以下のように考えられる。
【００６２】
はんだボールは、ソルダーペーストの印刷時のバラツキやダレが影響して発生すると言われているが、特にはんだ合金粉の粒度分布の幅が広い場合に発生しやすい。
【００６３】
そのため、比較例１に比べて実施例１−１〜実施例１−４の方が収率が高く、粒度分布の幅が狭いはんだ合金粉であるため、印刷時のバラツキやダレが小さくなったと考えられる。
【００６４】
これらの結果から、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系のはんだ合金にさらにＣｕを０．２５〜１．０質量％含有させることによって、液相線と固相線との間の幅を小さくすることが有効であることが確認された。さらにＣｕ含有率を０．５〜０．７５質量％にして液相線と固相線との間の幅を５℃以下にすることが好ましいことも確認された。
【００６５】
次に、鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径を制御するパラメータであるディスクの回転数によらずに、本発明の効果である粒度分布の幅が狭い鉛フリーはんだ合金粉を製造できることを次のようにして確認した。すなわち、実施例１−３におけるディスクの回転数を４００００ｒｐｍに変化させて、鉛フリーはんだ合金粉（実施例２）を製造した。
【００６６】
また、比較例２として、実施例２においてＣｕを含有させないようにした鉛フリーはんだ合金粉も製造した。
【００６７】
表２に実施例２及び比較例２のはんだ合金の組成と遠心噴霧の際のディスクの回転数、得られた鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径及び収率を示す。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
実施例１−３では平均粒径が３３．５μｍであったのに対して、実施例２では平均粒径が４０．４μｍとなり、ディスクの回転数を調整することによって平均粒径を制御することができることが確認できた。すなわち、ディスクの回転数を上げると、平均粒径の小さな鉛フリーはんだ合金粉が得られ、ディスクの回転数を下げると、平均粒径の大きな鉛フリーはんだ合金粉が得られる。
【００７０】
実施例２及び比較例２の鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径は同程度であるが、収率は実施例２の方が高いことから、粒径分布の幅も狭いことが分かる。
【００７１】
さらに上記と同様にして、各鉛フリーはんだ合金粉の品質を評価した。その結果、比較例２では、チップ抵抗の脇に数１０μｍのはんだボールの発生が見られた。
【００７２】
これに対して、実施例２では見られなかった。
【００７３】
以上の実施例から、ディスクの回転数を調整することによって、所望の平均粒径（特に１００μｍ以下）の鉛フリーはんだ合金粉を粒度分布の幅を狭くして製造できることが確認された。
【００７４】
次に、実施例１−１〜実施例１−４及び比較例１において、Ｉｎ含有率を４．０質量％に変更した場合の鉛フリーはんだ合金粉（実施例３−１〜実施例３−４及び比較例３）を製造した。
【００７５】
表３に、実施例３−１〜実施例３−４及び比較例３のはんだ合金の組成と遠心噴霧の際のディスクの回転数、得られた鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径及び収率を示す。
【００７６】
【表３】
2015105391.tif 000005
【００７７】
実施例３−１〜実施例３−４及び比較例３の鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径は同程度であるが、収率は各実施例の方が比較例３に比べて高いことから、各実施例の方が粒径分布の幅が狭いことが分かる。
【００７８】
さらに上記と同様にして、各鉛フリーはんだ合金粉の品質を評価した。その結果、比較例３では、チップ抵抗の脇に数１０μｍのはんだボールの発生が見られた。
【００７９】
これに対して、実施例３−１及び実施例３−４では短絡の原因となり得るほどのはんだボールの発生は見られず、特に実施例３−２及び実施例３−３でははんだボールの発生はほとんど又は全く見られなかった。
【００８０】
この結果から、Ｉｎ含有率が４．０質量％の場合でも、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有させることで、同様に粒度分布の幅を狭くして、鉛フリーはんだ合金粉を製造することができることが確認された。
【００８１】
次に、実施例１−１〜実施例１−４及び比較例１において、Ｉｎ含有率を８．０質量％に変更した場合の鉛フリーはんだ合金粉（実施例４−１〜実施例４−４及び比較例４）を製造した。
【００８２】
表４に、実施例４−１〜実施例４−４及び比較例４のはんだ合金の組成と遠心噴霧の際のディスクの回転数、得られた鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径及び収率を示す。
【００８３】
【表４】
2015105391.tif 000006
【００８４】
実施例４−１〜実施例４−４及び比較例４の鉛フリーはんだ合金粉の平均粒径は同程度であるが、収率は各実施例の方が比較例４に比べて高いことから、各実施例の方が粒径分布の幅が狭いことが分かる。
【００８５】
さらに上記と同様にして、各鉛フリーはんだ合金粉の品質を評価した。その結果、比較例４では、チップ抵抗の脇に数１０μｍのはんだボールの発生が見られた。
【００８６】
これに対して、実施例４−１及び実施例４−４では短絡の原因となり得るほどのはんだボールの発生は見られず、特に実施例４−２及び実施例４−３でははんだボールの発生はほとんど又は全く見られなかった。
【００８７】
以上の結果から、Ｉｎ含有率が４．０〜８．０質量％の場合には、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有させることで、粒度分布の幅を狭くして、鉛フリーはんだ合金粉を製造することができることが確認された。
【００８８】
また、本実施形態で製造した鉛フリーはんだ合金粉を用いてはんだ付けを行ったところ、強度、耐熱性などのはんだ接合部の信頼性に関わる特性について低下は見られなかった。具体的にはＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験において引張強さを評価した。このことから従来のＩｎを４〜８質量％含有するＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金と同様の用途で使用することができることが確認できた。
【００８９】
また、本実施形態において、鉛フリーはんだ合金粉において、Ａｇ含有率を３．５質量％、Ｂｉ含有率を０．５質量％としたが、Ａｇ含有率は３．０〜４．０質量％、Ｂｉ含有率は０．１〜１．０質量％の範囲内であればよい。この範囲内であれば、鉛フリーはんだ合金粉の融点、はんだ付け性、信頼性などには影響しない。
【００９０】
また、本実施形態において、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系にＣｕを加えた５元系の鉛フリーはんだ合金粉について説明したが、本発明の効果を損なわない範囲内でさらに他の元素を含有する６元系以上の鉛フリーはんだ合金粉としてもよい。
【００９１】
平均粒径が２０〜５０μｍの鉛フリーはんだ合金粉を製造できる点で、ディスクの回転数は３００００〜６００００ｒｐｍであることが好ましく、より好ましくは４００００〜５００００ｒｐｍである。そのため本実施形態では、ディスクの回転数は４００００〜５００００ｒｐｍとした。
【００９２】
従来、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系のはんだ合金は、強度や長期信頼性に優れたはんだ接合部を形成できるという利点があるが、遠心噴霧法を利用しても、粒度分布の幅の狭いものが得られないという欠点があった。
【００９３】
しかし、本願の発明者らは、上述のようにＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系のはんだ合金にさらにＣｕを０．２５〜１．０質量％含有させることで、液相線と固相線との間の幅を小さくすることができることを見出した。そして、使用する鉛フリーはんだ合金粉の液相線と固相線との違い、すなわち液相から固相に至るまでの温度域が狭いことを利用して、凝固挙動が安定化することを確認した。これにより、遠心噴霧法において、飛び散った熔湯が、変形した状態で固相化したり、更なるサテライト等の微粒子を形成したり、飛び散った複数の熔湯同士が互いに合一化することで直径が増加することを抑えることができる。
【００９４】
しかもＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系のはんだ合金にＣｕを含有させる場合、その含有率を０．２５〜１．０質量％とすれば、共晶組成に近づき、はんだ合金の接合時及び接合後の特性を大きく変化させることなく、液相線と固相線との間の幅を小さくすることができる。
【００９５】
このように、本発明によれば、Ｉｎを数％含有する鉛フリーはんだ合金粉を、さらに所定量のＣｕを含有させることによって、粒度分布の幅を狭く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明によれば、平均粒径１００μｍ以下の粒度分布の幅の狭い鉛フリーはんだ合金粉を製造することができ、ソルダーペーストに用いるはんだ合金粉の製造方法や、その他の用途のはんだ合金粉の製造方法にも適用できる。
【符号の説明】
【００９７】
３  ディスク
６  熔湯
１０  鉛フリーはんだ合金粉
【図１】
2015105391.tif 000007
【図２】
2015105391.tif 000008
【図３】
2015105391.tif 000009
【図４】
2015105391.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月9日(2015.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇを３．０〜４．０質量％、Ｂｉを０．１〜１．０質量％、Ｉｎを４．０〜８．０質量％、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有し、残部が不可避不純物を除いてＳｎの合金のインゴットであり、かつ液相線温度と固相線温度の温度差ΔＴ（℃）が０＜ΔＴ＜７を満たす前記インゴットを溶融させることで熔湯を作製し、前記熔湯を、回転するディスク上に供給し、遠心力により噴霧させることによって粉末化することを特徴とする鉛フリーはんだ合金粉の製造方法。
【請求項２】
前記インゴットの液相線温度と固相線温度の温度差ΔＴ（℃）が０＜ΔＴ≦５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の鉛フリーはんだ合金粉の製造方法。
【請求項３】
前記インゴットが、Ａｇを３．５質量％、Ｂｉを０．５質量％、Ｃｕを０．５〜０．７５質量％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の鉛フリーはんだ合金粉の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金粉の製造方法は、Ａｇを３．０〜４．０質量％、Ｂｉを０．１〜１．０質量％、Ｉｎを４．０〜８．０質量％、Ｃｕを０．２５〜１．０質量％含有し、残部が不可避不純物を除いてＳｎの合金のインゴットであり、かつ液相線温度と固相線温度の温度差ΔＴ（℃）が０＜ΔＴ＜７を満たす前記インゴットを溶融させることで熔湯を作製し、前記熔湯を、回転するディスク上に供給し、遠心力により噴霧させることによって粉末化することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
前記鉛フリーはんだ合金粉の製造方法において、前記インゴットの液相線温度と固相線温度の温度差ΔＴ（℃）が０＜ΔＴ≦５を満たすことが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
前記鉛フリーはんだ合金粉の製造方法において、前記インゴットが、Ａｇを３．５質量％、Ｂｉを０．５質量％、Ｃｕを０．５〜０．７５質量％含有することが好ましい。