(57)【要約】【課題】微細なはんだ粉でも、はんだペーストを製造する際にビヒクルとなる有機成分中への充填性に優れているはんだ粉およびその製造方法を提供する。【解決手段】溶湯ノズル１３からノズル本体１６に導入されたはんだ溶湯１１を、溶湯ノズル１３出口周辺に環状に設置されたノズル本体１６のガスノズル孔１５より圧力０．５〜３ＭＰａで噴出するアトマイズガス１４によりアトマイズすると共に、アトマイズガス１４を２〜３０Ｎｍ３　／ｋｇ−はんだ供給量で循環させることにより、平均粒径が１〜１５μｍであり、かつタップ密度が３．５〜６ｇ／ｃｍ３　であるはんだ粉を得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が１〜１５μｍであり、かつタップ密度が３．５〜６ｇ／ｃｍ３　であり、ガスアトマイズ法により製造されてなることを特徴とするはんだ粉。
【請求項２】
はんだ溶湯保持槽から流下するはんだ溶湯を急冷凝固させる、ガスアトマイズ法によるはんだ粉の製造方法であって、
アトマイズガスとして不活性ガスを圧力０．５〜３ＭＰａで導入し、かつアトマイズ−冷却に用いられたガスを２〜３０Ｎｍ３　／ｋｇ・はんだ供給量で循環することを特徴とするはんだ粉の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
冷却チャンバー内の温度を２０〜８０℃に制御することを特徴とするはんだ粉の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３において、
冷却チャンバーと接続したガス循環系統内に２以上の遠心力集塵装置を設置していることを特徴とするはんだ粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品実装用はんだペーストに用いられるはんだ粉、特にファインピッチ実装用に好適なはんだ粉及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時において、ＯＡ機器、携帯通信機器等の小型軽量の機器の普及に伴い、それに組み込まれる電子回路の小型化、高密度化が進み、各種部品を回路基板上に搭載する実装技術が重要となってきている。とりわけ実装技術の中心的存在となっているファインピッチソルダリング技術の要求が高まっており、汎用的なはんだペースト用はんだ粉の平均粒径としては２０〜５０μｍのものが主流であるが、昨今は微粒側にシフトしており、より微細なはんだ粉の需要が増大する傾向にある。
【０００３】
従来よりはんだ粉は、ディスクアトマイズ法やガスアトマイズ法にてその多くが製造されているが、これらの方法では上記汎用的な平均粒径の大きいはんだ粉しか得られず、上記平均粒径の大きいはんだ粉を分級しても、目的とする微細なはんだ粉は僅かな量しか得られなかった。従って、目的とする微細なはんだ粉を得るために、平均粒径のより小さい半田粉を効率的に製造する技術が求められている。
【０００４】
このような要求に対し、ガスアトマイズ法において、導入するガス圧力を高めるいわゆる高圧ガスアトマイズ法による微細金属粉の製造方法が着目されている。たとえば、下記の非特許文献１には、４．５ＭＰａのガス圧力にて、メジアンサイズ１５μｍの銅粉が得られることが記載されており、ガス圧力を上げることにより、微細な金属粉が得られることが開示されている。
【０００５】
一方、微細なはんだ粉を用いて、はんだペーストを製造する際には、ビヒクルとなる有機成分中への充填性が重要となる。その理由は、はんだ粉粒子の粒径が微細になればなるほどタップ密度が小さくなる傾向にあるからで、ファインピッチソルダリングにおいても、より少ないペースト中にはんだ粉量がリッチに含有されている方が好ましいことは言うまでもない。
【０００６】
【非特許文献１】
”Ｆｉｎｅ　Ｐｏｗｄｅｒｓ：ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｉｓ　ｏｎ　ａｔ　ＰＳＩ”，Ｍｅｔａｌ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｒｅｐｏｒｔ，　２００１年３月号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、微細なはんだ粉は、高圧ガスアトマイズ法を採用すれば得られるものと考えられるが、それに加えて充填性の高い微細なはんだ粉については、未だ満足のゆく品質のものが得られていない。
【０００８】
本発明は、微細なはんだ粉でありながら、はんだペーストを製造する際に、ビヒクルとなる有機成分中への充填性に優れているはんだ粉およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究努力した結果、微細かつ特定の充填特性を有するはんだ粉であれば、上記課題を解決することができることを知見し、本発明を完成した。
【００１０】
かかる知見に基づく第１の発明は、平均粒径が１〜１５μｍであり、かつタップ密度が３．５〜６ｇ／ｃｍ３　であり、ガスアトマイズ法により製造されてなることを特徴とするはんだ粉にある。
【００１１】
第２の発明は、はんだ溶湯保持槽から流下するはんだ溶湯を急冷凝固させる、ガスアトマイズ法によるはんだ粉の製造方法であって、
アトマイズガスとして不活性ガスを圧力０．５〜３ＭＰａで導入し、かつアトマイズ−冷却に用いられたガスを２〜３０Ｎｍ３　／ｋｇ・はんだ供給量で循環することを特徴とするはんだ粉の製造方法にある。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、冷却チャンバー内の温度を２０〜８０℃に制御することを特徴とするはんだ粉の製造方法にある。
【００１３】
第４の発明は、第２又は３の発明において、冷却チャンバーと接続したガス循環系統内に２以上の遠心力集塵装置を設置していることを特徴とするはんだ粉の製造方法にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係るはんだ粉の製造方法の実施の形態を説明するが、該実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００１５】
本発明におけるはんだ粉は、平均粒径が１〜１５μｍであり、かつタップ密度が３．５〜６ｇ／ｃｍ３　であり、ガスアトマイズ法により製造されてなるものである。
このはんだ粉によれば、平均粒径が１〜１５μｍの微細なはんだ粉でありながら、はんだペーストを製造する際に、ビヒクルとなる有機成分中への充填性に優れているものとなる。
【００１６】
本発明におけるはんだ粉の合金組成としては、種々のはんだ合金を用いることが可能である。
具体的な合金組成としては、錫と鉛の合金、特に共晶はんだ合金をはじめとして、錫に銀、銅、亜鉛、ビスマス、インジウム、アンチモン等の元素のいずれか一種又は二種以上を組み合わせた無鉛はんだ合金が挙げられる。
【００１７】
本発明のはんだ粉の平均粒径は１〜１５μｍとするのがよい。
これは、上記平均粒径が１５μｍを超える場合には、ファインピッチソルダリング向け用途に適しておらず好ましくなく、一方、上記平均粒径が１μｍ未満の場合には、高圧ガスアトマイズ法による製造が困難な上、耐酸化性等その他特性上も不具合であるからである。
【００１８】
また、本発明のはんだ粉のタップ密度は３．５〜６ｇ／ｃｍ３　とするのがよい。
これは、上記タップ密度が３．５ｇ／ｃｍ３　未満の場合には、ペーストビヒクル中への充填性に劣るので、好ましくないからである。なお、本発明のような微細なはんだ粉においては、上記タップ密度を６ｇ／ｃｍ３　とすることは困難である。
さらに、このタップ密度は、高充填性化に伴う粒子の凝集を防ぎ、かつペースト化後の充填性を阻害しない最適な状態を維持できることを考慮すれば、４〜５ｇ／ｃｍ３　であるとより好ましい。
【００１９】
また、本発明のはんだ粉はガスアトマイズ法により製造されるものであり、これ以外の製造方法ではんだ粉を得ることは、工業的な生産性、効率性を含め、困難であると考えられる。
【００２０】
次に本発明の製造方法について述べる。
【００２１】
本発明のはんだ粉の製造方法は、はんだ溶湯保持槽から流下するはんだ溶湯を急冷凝固させる、ガスアトマイズ法によるはんだ粉の製造方法であって、アトマイズガスとして不活性ガスを圧力０．５〜３ＭＰａで導入し、かつアトマイズ−冷却に用いられたガスを２〜３０Ｎｍ３　／ｋｇ−はんだ供給量で循環するものである。
【００２２】
本発明の製造方法においては、はんだ溶湯保持槽から流下するはんだ溶湯を急冷凝固させるガスアトマイズ法を採用しているが、特に、アトマイズガスとして不活性ガスを圧力０．５〜３ＭＰａで導入することが重要である。
【００２３】
上記ガスアトマイズ法を実際に行う装置としては、例えば図１に示すようなコンファインドノズル等を搭載した汎用的なガスアトマイズ装置を用いることができる。
図１に示すように、ガスアトマイズ装置１０は、はんだ溶湯１１を保持するはんだ溶湯保持槽１２と、はんだ溶湯１１を流下する溶湯ノズル１３と、溶湯ノズル１３から流下するはんだ溶湯１１を急冷するアトマイズガス１４を供給する供給孔１５を有するノズル本体１６と、アトマイズにより得られたはんだ粉を冷却する冷却チャンバー１７とから構成されている。
【００２４】
図２はガスアトマイズ装置１０にアトマイズガス１４を一度外部へ排出して再循環する循環ライン２１を設け、該循環ライン２１に第１及び第２サイクロン２２，２３と、ガス中の微粒子を除去するバグフィルタ２４と循環ファン２５とを介装している。
なお、図２中符号２６は滴下用ルツボ炉、２７はアトマイズガス発生装置を各々図示する。
【００２５】
このコンファインドノズルを搭載したガスアトマイズ装置を使用した場合を例にとると、図１において、溶湯ノズル１３からノズル本体１６に導入されたはんだ溶湯１１が、溶湯ノズル１３出口周辺に環状に設置されたノズル本体１６のガスノズル孔１５より噴出するアトマイズガス１４によりアトマイズされるものである。
【００２６】
本発明においては、上記アトマイズに用いるアトマイズガスは不活性ガスであり、例えば窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が使用可能であるが、コスト面からすると窒素ガスの使用が好ましい。
また、このアトマイズガスに反応性ガスを用いた場合、特に空気等の酸化性ガスを用いた場合、はんだ粉の酸素濃度が高くなり、好ましくない。なお、還元性ガスを用いる必要性はない。
【００２７】
また、本発明においては、アトマイズガスを圧力０．５〜３ＭＰａで導入するのが好ましい。
これは、上記圧力が０．５ＭＰａ未満の場合には、目的とする微細なはんだ粉を効率よく製造するのが困難であり、一方、上記圧力が３ＭＰａを超える場合には、ガスの液化凝縮の発生等により、はんだ粉粒径のバラツキが生じたりして好ましくないからである。
【００２８】
また、本実施の形態にかかるガスアトマイズシステムにおいては、図２に示すように、冷却に用いられたアトマイズガスを循環ライン２１にて循環することも重要である。
すなわち、アトマイズガスでアトマイズされたはんだ粉２０は、チャンバー１７内で冷却作用を受けながら沈降するが、一方でチャンバー内のガスは新たな冷却ガスとして再利用するために、再循環を行うようにしている。
あるいは目的とする粒度外のはんだ粉を分離する目的でチャンバー内からガスを一旦抜き出し、チャンバー内の半田粉粒子濃度を下げるために、再循環を行うようにしている。
【００２９】
本発明では、この循環ガス量を特定することにより、効率的に充填性の高いはんだ粉を得ることができることとなる。
すなわち、単位時間およびはんだ供給量に対し、特定の循環ガス量を循環させることにより、最適な微細平均粒径を有し、かつ充填性の高いはんだ粉を得ることができるのである。
具体的には、上記循環ガス量として、２〜３０Ｎｍ３　／ｋｇ・はんだ供給量で循環させる必要がある。
【００３０】
ここで、上記循環ガス量が２Ｎｍ３　／ｋｇ・はんだ供給量未満の場合には、アトマイズされるはんだ粉量に対し、循環ガス量が不足しているため、チャンバー内のはんだ粉粒子濃度が高くなり、凝集粉や粗粒粉が発生し、はんだ粉の充填性を阻害することとなるので好ましくない。
また、上記循環ガス量が３０Ｎｍ３　／ｋｇ・はんだ供給量を超える場合には、はんだ粉が循環経路内で摩擦等の外力を受け、変形や一部微粒化が生じ、タップ密度の低下を起こすおそれがあり、好ましくない。
【００３１】
さらに、形状不良の少ないはんだ粉の生産性をより高めることを考慮すれば、上記循環ガス量は、３〜１０Ｎｍ３　／ｋｇ・はんだ供給量とするとより好ましい。
【００３２】
また、本発明においては、冷却チャンバー１７内の温度を２０〜８０℃に制御すると、はんだ粉の性状が安定して好ましい。
ここで、上記温度が２０℃未満の場合には、アトマイズガスや冷却過剰によるコスト増が生じ、不経済であり、好ましくなく、一方８０℃を超える場合には、冷却不足によるはんだ粉同士の溶着等に起因する異形粉の発生が起こり易いので好ましくない。
【００３３】
また、本発明においては、冷却チャンバーと接続したガス循環系統の循環ライン２１には２以上の遠心力集塵装置を介装していることが、目的とする平均粒径のはんだ粉回収上、好ましい。
これは、アトマイズ装置において、循環系統にサイクロンのごとき遠心力集塵装置を設置することは一般的であるが、１段の設置では分離槽中に目的とする平均粒径近傍のはんだ粉が、より微細なはんだ粉を伴って循環ガスと共に流出してしまい、後に分級で回収するとしても量的な煩雑さを免れないからである。
【００３４】
また、本発明においては、チャンバー容量／循環ガス量で表される、チャンバー内ガス置換時間が０．５〜１．６分であると、過剰な循環を行うことなく、効率良く目的とするはんだ粉の回収が可能であり、より好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果を説明する。
【００３６】
［実施例１〜３］
錫地金（品位９９．５質量％）４．８２５ｋｇ及び銀地金（品位９９．９９質量％）０．１７５ｋｇを計量し、ルツボ炉に投入し、加熱溶解した。この溶湯を滴下するための別のルツボ炉に移し、約４８０℃となるように保持しながら、滴下用のルツポ炉底部の小孔に挿入された開閉弁を開き、窒素調整弁を開けアトマイズを開始した。
アトマイズチャンバー内（０．４ｍ３　）は予め、窒素ガスを１Ｎｍ３　／分で導入しておくと同時に、ガス循環ファンでアトマイズガスを循環しておいた。
滴下炉内の溶湯がなくなるまでアトマイズを継続した。
【００３７】
得られたアトマイズ粉について、以下に示す方法にて平均粒径、タップ密度を測定した。
ここで、平均粒径は、粒度分布測定装置マイクロトラックＦＲＡ型（日機装製）を用いて測定した。
また、タップ密度は、パウダーテスターＰＴ−Ｅ型（ホソカワミクロン製）を用いて測定した。
【００３８】
［実施例１］
アトマイズガス圧力を２．０ＭＰａとし、アトマイズガス流量を１．０Ｎｍ３　／分とし、循環ガス量を６．４Ｎｍ３　／分とし、溶湯はんだ供給量を０．４５ｋｇ／分とし、チャンバー内温度を４３℃とした。
なお、チャンバー内のガスの置換には０．０６分を要した。
使用したアトマイズ装置の概略は図１に示すものであり、得られたはんだ粉の特性を「表１」に示す。
【００３９】
［実施例２］
アトマイズガス圧力を２．８ＭＰａとし、アトマイズガス流量を１．４Ｎｍ３　／分とし、循環ガス量を１０．２Ｎｍ３　／分とし、溶湯はんだ供給量を０．５１ｋｇ／分とし、チャンバー内温度を４０℃とした。
なお、チャンバー内のガスの置換には０．０４分を要した。
使用したアトマイズ装置の概略は図１に示すものであり、得られたはんだ粉の特性を「表１」に示す。
【００４０】
［実施例３］
アトマイズガス圧力を０．８ＭＰａとし、アトマイズガス流量を０．４Ｎｍ３　／分とし、循環ガス量を５．５Ｎｍ３　／分とし、溶湯はんだ供給量を０．３８ｋｇ／分とし、チャンバー内温度を４７℃とした。
なお、チャンバー内のガスの置換には０．０７分を要した。
使用したアトマイズ装置の概略は図１に示すものであり、得られたはんだ粉の特性を「表１」に示す。
【００４１】
［比較例１］
アトマイズガス圧力を０．３ＭＰａとし、アトマイズガス流量を０．２Ｎｍ３　／分とし、循環ガス量を６．０Ｎｍ３　／分とし、溶湯はんだ供給量を０．４４ｋｇ／分とし、チャンバー内温度を５２℃とした。
なお、チャンバー内のガスの置換には０．０７分を要した。
使用したアトマイズ装置の概略は図１に示すものであり、得られたはんだ粉の特性を「表１」に示す。
【００４２】
［比較例２］
アトマイズガス圧力を２．０ＭＰａとし、アトマイズガス流量を１．０Ｎｍ３　／分とし、循環ガス量を０．８Ｎｍ３　／分とし、溶湯はんだ供給量を０．４７ｋｇ／分とし、チャンバー内温度を４３℃とした。
なお、チャンバー内のガスの置換には０．５０分を要した。
使用したアトマイズ装置の概略は図１に示すものであり、得られたはんだ粉の特性を「表１」に示す。
【００４３】
［比較例３］
アトマイズガス圧力を２．０ＭＰａとし、アトマイズガス流量を１．０Ｎｍ３　／分とし、循環ガス量を１４．６Ｎｍ３　／分とし、溶湯はんだ供給量を０．４６ｋｇ／分とし、チャンバー内温度を４１℃とした。
なお、チャンバー内のガスの置換には０．０３分を要した。
使用したアトマイズ装置の概略は図１に示すものであり、得られたはんだ粉の特性を「表１」に示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
「表１」からもわかるように、実施例１〜３のはんだ粉は平均粒径が１〜１５μｍであり、かつタップ密度が３．５〜６ｇ／ｃｍ３　であり、本発明が目的とする、微細でありながら、充填性に優れたものであった。
【００４６】
これに対し、比較例１のはんだ粉は、アトマイズガス圧力が低いことに起因して、平均粒径が大きく、本発明が目的とする微細なはんだ粉とは言い難かった。
【００４７】
また、比較例２のはんだ粉は、はんだ供給量に対する循環ガス量が少なすぎて、凝集粉や粗粒粉が多く発生し、その結果、タップ密度が低いものであった。
【００４８】
また、比較例３のはんだ粉は、はんだ供給量に対する循環ガス量が多すぎて、変形粉や微粒粉が多く発生し、その結果、タップ密度が低いものであった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のはんだ粉は、微細なはんだ粉でありながら、はんだペーストを製造する際に、ビヒクルとなる有機成分中への充填性に優れており、ファインピッチソルダリング技術の要求を十分満足するものである。また、本発明のはんだ粉の製造方法によれば、上記はんだ粉を効率良く生産することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるガスアトマイズ装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態にかかるガスアトマイズシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１０　ガスアトマイズ装置
１１　はんだ溶湯
１２　はんだ溶湯保持槽
１３　溶湯ノズル
１４　アトマイズガス
１５　供給孔
１６　ノズル本体
１７　冷却チャンバー
２１　循環ライン
２２　第１サイクロン
２３　第２サイクロン
２４　バグフィルタ
２５　循環ファン
２６　滴下用ルツボ炉
２７　アトマイズガス発生装置
【図１】
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【図２】
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