(57)【要約】【課題】所定の大きさに分級された粉末を製造でき、はんだ金属粉末の飛び散りを防止できるふるい装置及び粉末の製造方法を提供する。【解決手段】ふるい装置１００は、筒部１１の開口下端にふるい目を有するふるい網１２が取り付けられたふるい部１０と、ふるい部１０の下方にそのふるい部１０と間隔をあけて配置され、ふるい目を通過した粉末（はんだ金属粉末）を収集する有底筒状の受け部２０と、ふるい部１０と受け部２０とを接続するカバー部４０とを備え、カバー部４０は、軟質樹脂部材により形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒部の開口下端にふるい目を有するふるい網が取り付けられたふるい部と、
前記ふるい部の下方に該ふるい部と間隔をあけて配置され、前記ふるい目を通過した粉末を収集する有底筒状の受け部と、
前記ふるい部と前記受け部とを接続するカバー部とを備え、
前記カバー部は、軟質樹脂部材により形成されていることを特徴とする粉末のふるい装置。
【請求項２】
前記受け部の開口部に前記カバー部の下端部が挿入され、かつ、該開口部の内周面に前記カバー部の外周面が接触して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末のふるい装置。
【請求項３】
筒部の開口下端にふるい目を有するふるい網が取り付けられたふるい部の下方に、前記ふるい部と間隔をあけて前記ふるい目を通過した粉末を収集する有底筒状の受け部を配置するとともに、
前記ふるい部を前記受け部との間を軟質樹脂部材により形成されたカバー部で覆っておき、
前記ふるい部に振動を与えることで、
該ふるい部内の前記粉末を前記ふるい目から通過させて分級することを特徴とする粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の接合に用いられるはんだ金属粉末等の粉末を所定の大きさの粒径に選別するふるい装置及び粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の微細化に伴い、電子部品を搭載する基板の接合部電極（バンプ）の小サイズ化が求められている。バンプは、基板上に印刷したはんだペーストを溶融して形成できるが、はんだペーストのはんだ金属粉末の平均粒径が印刷面積に対して大きすぎる場合、印刷量がばらつくことによって形成されるバンプの高さがばらつき、接合不良等の問題を招くおそれがある。また、はんだ金属粉末の平均粒径が大きいと、ボイドが発生しやすくなる。
【０００３】
はんだ金属粉末のような微細な金属粉末を得る方法としては、ガスアトマイズ法や回転ディスク法等といったアトマイズ法や、メルトスピニング法、回転電極法等といった機械的プロセスによる方法が知られているが、所定の大きさの平均粒径を有するはんだ金属粉末を得るために、これらの手法により得られた金属粉末を、さらに分級ふるい等を用いて数μｍ〜数十μｍの平均粒径に選別することが行われている。
【０００４】
また、はんだ金属粉末に限られるものではないが、このような金属粉末の選別に用いるふるい装置としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるものがある。
特許文献１には、振動モータで分級ふるいを振動させ、この分級ふるい上に供給された紛体を連続的に分級する連続式振動ふるい装置が開示されている。また、特許文献２には振動ではなく気流によって分級を行う気流式紛体ふるい分け装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２‐２０４８８８号公報
【特許文献２】特開２０１５‐０１３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の連続式振動ふるい装置のように、通常のふるい装置では、分級ふるいと、分級後の粉末を集める受けとが密接して配置されていることから、これらの分級ふるいと受けとの間の僅かな隙間に粉末が噛み込まれることで、分級後の粉末中に潰されて鱗片状となったり、複数の粒が固着されたりした異形粒が混入するおそれがある。この場合、粒径の大きい異形粒が混入することで、バンプの高さにばらつきが生じたり、バンプの内部にボイドが発生しやすくなる。そして、その結果、電子部品の接合信頼性低下を招くおそれがある。
一方、分級ふるいと受けとを離して配置することで、粉末の噛み込みを防止することも考えられるが、この場合には、振動によって微細粉が受けの外部に飛び散りやすく、損失が大きくなる。特に、鉛（Ｐｂ）を含む粉末種の金属粉末の分級を行う場合等には、汚染が生じて安全面が懸念される。
【０００７】
また、特許文献２に記載の気流式紛体ふるい分け装置のように気流を用いて分級を行う場合であっても、金属粉末が容器内の壁面にぶつかることで潰され、やはり粒が鱗片状になったり、複数の粒が固着されたりすることで異形粒が混入するおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、所定の大きさに分級された粉末を製造でき、粉末の飛び散りを防止できるふるい装置及び粉末の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のふるい装置は、筒部の開口下端にふるい目を有するふるい網が取り付けられたふるい部と、前記ふるい部の下方に該ふるい部と間隔をあけて配置され、前記ふるい目を通過した粉末を収集する有底筒状の受け部と、前記ふるい部と前記受け部とを接続するカバー部とを備え、前記カバー部は、軟質樹脂部材により形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この粉末のふるい装置では、ふるい部に振動を与えることによって、ふるい部に供給されたはんだ金属粉末をふるい目から通過させ、ふるい落とすことができるが、ふるい部と受け部との間は、ふるい部と受け部とを直接に接合することなく、軟質樹脂部材により形成されたカバー部により接続されている。このため、ふるい目を通過した粉末がこれらのふるい部とカバー部との接続部、カバー部と受け部との接続部に挟まったとしても、カバー部が柔軟に変形することで、粉末を押し潰すことがなく、異形粒の発生を防止できる。さらに、ふるい部と受け部との間は、カバー部で覆われていることから、このカバー部によってふるい目を通過した微細な粉末が外部に飛び散ることを防止できる。したがって、粉末の製造効率を向上できるとともに、粉末が飛び散ることによる外部の汚染も防ぐことができる。
【００１１】
本発明のふるい装置において、前記受け部の開口部に前記カバー部の下端部が挿入され、かつ、該開口部の内周面に前記カバー部の外周面が接触して設けられているとよい。
【００１２】
カバー部の下端部を受け部の開口部に挿入して、受け部の内周面にカバー部の外周面を接触させているので、分級後の粉末を撒き散らすことなく、受け部内に堆積させることができる。したがって、分級後の粉末の噛み込みや飛び散りを確実に防止できる。
【００１３】
本発明の粉末の製造方法は、筒部の開口下端にふるい目を有するふるい網が取り付けられたふるい部の下方に、前記ふるい部と間隔をあけて前記ふるい目を通過した粉末を収集する有底筒状の受け部を配置するとともに、前記ふるい部と前記受け部との間を軟質樹脂部材により形成されたカバー部で覆っておき、前記ふるい部に振動を与えることで、該ふるい部内の前記粉末を前記ふるい目から通過させて分級することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、粉末の飛び散りや、分級された粉末内に異形粒が混入することを防止でき、所定の大きさの粉末を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るはんだ金属粉末のふるい装置の実施形態を示す模式断面図である。
【図２】本実施形態のはんだ金属粉末の製造方法により分級されたはんだ金属粉末を用いたはんだバンプの形成方法を説明する模式図である。
【図３】従来のはんだ金属粉末の製造方法により分級されたはんだ金属粉末を用いたはんだバンプの形成方法を説明する模式図である。
【図４】造粒後のはんだ金属粉末の電子顕微鏡画像である。
【図５】本法により分級した実施例のはんだ金属粉末の電子顕微鏡画像である。
【図６】従来法により分級した比較例のはんだ金属粉末の電子顕微鏡画像である。
【図７】従来のはんだ金属粉末のふるい装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るふるい装置及び粉末の製造方法の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態のふるい装置１００であり、具体的には、はんだ金属粉末を所定の大きさの粒径に選別するはんだ金属粉末のふるい装置として構成されるものである。この本実施形態のはんだ金属粉末のふるい装置１００は、図１に示すように、ふるい網１２が取り付けられたふるい部１０と、ふるい部１０を支持する架台３０と、ふるい部１０の下方に配置されてはんだ金属粉末を収集する受け部２０と、ふるい部１０と受け部２０とを接続するカバー部４０と、ふるい部１０に振動を与える振動手段５０とを備える。
【００１７】
ふるい部１０は、図１に示すように、垂直方向に沿う円筒状の筒部１１と、所定の大きさのふるい目（目開き）を有するふるい網１２とを備え、筒部１１の開口下端にふるい網１２が取り付けられている。また、筒部１１の外周に架台３０上に載置されるフランジ部１３が設けられており、ふるい部１０は、フランジ部１３よりも下側を架台３０の貫通孔３１に挿通させた状態で、架台３０上に載置されるようになっている。このように、架台３０には筒部１１を挿通可能な貫通孔３１が設けられているので、ふるい部１０を架台３０上に載置した際には、ふるい網１２は架台３０により塞がれることはなく、露出した状態が維持される。また、ふるい網１２には、図示は省略するが、１５０μｍ角の正方形のふるい目が複数設けられている。なお、筒部１１は例えばステンレスにより形成され、ふるい網１２は例えばステンレスにより形成される。
【００１８】
受け部２０は、ふるい部１０の下方にふるい部１０と間隔をあけて配置されている。また、受け部２０は、例えばステンレスにより有底筒状に形成されており、ふるい目を通過したはんだ金属粉末を溜めておくことができ、受け部２０上にふるい落とされた分級後のはんだ金属粉末６１は、まとめて回収できるようになっている。具体的には、受け部２０は、図１に示すように、円筒状の筒状部２１と、筒状部２１の下端を閉塞する底部２２とを備えており、筒状部２１の上側の開口部２１ａにより、受け部２０は上方に開放した構成とされている。そして、この開口部２１ａにカバー部４０の下端部が挿入され、かつ、開口部２１ａの内周面にカバー部４０の外周面が接触して設けられている。
【００１９】
カバー部４０は、シリコン樹脂、軟質塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴムなどの軟質樹脂部材により全体が円筒状に形成されており、本実施形態では、上部側が下部側よりも直径が大きく形成され、中間部が上部側から下部側にかけて漸次縮径するテーパ状に設けられている。そして、カバー部４０の上部は、その内周面がふるい部１０の筒部１１の外周面に係合した状態に固定され、ふるい部１０と一体に設けられている。一方、カバー部４０の下部は、その外周面が受け部２０の開口部２１ａに係合可能に設けられており、すなわち、カバー部４０の下部は、受け部２０の開口部２１ａに固定されておらず、開口部２１ａから抜き差し可能な状態に設けられている。なお、ふるい部１０を架台３０上に載置した状態では、カバー部４０の下部は受け部２０の開口部２１ａに接触した状態が維持され、ふるい部１０のふるい目を通過したはんだ金属粉末は、カバー部４０を介して受け部２０内に案内されるようになっている。
【００２０】
また、振動手段５０は、例えば受け部１０を筒部１１の軸方向に振動させるものであり、周波数が４Ｈｚ〜５０Ｈｚで振幅が１ｍｍ〜７ｍｍの微振動を加えられるものを好適に用いることがでできる。
【００２１】
次に、上記のはんだ金属粉末のふるい装置１００を用いて、アトマイズ法等により造粒されたはんだ金属粉末６０から所定の平均粒径（例えば、０．１μｍ〜１０μｍ）を有するはんだ金属粉末６１を製造する方法について説明する。
まず、ふるい部１０を筒部１１の上側開口部から造粒後のはんだ金属粉末６０を投入する。次に、振動手段５０によりふるい部１０を振動させて、ふるい目から所定の大きさ以下のはんだ金属粉末をふるい落として、受け部２０に堆積させる。なお、ふるい目を通過できない粒子径の大きな粉末は、ふるい部１０の内部に残されることで、分別される。
【００２２】
このように、本実施形態のはんだ金属粉末のふるい装置１００では、ふるい部１０に振動を与えることによって、ふるい部１０に供給されたはんだ金属粉末６０をふるい目から通過させてふるい落とすが、ふるい部１０と受け部２０との間は、ふるい部１０と受け部２０とを直接に接合することなく、軟質樹脂部材により形成されたカバー部４０により接続されている。このため、ふるい目を通過したはんだ金属粉末６１がこれらのふるい部１０とカバー部４０との接続部、カバー部４０と受け部２０との接続部に挟まったとしても、カバー部４０が柔軟に変形することで、はんだ金属粉末６１を押し潰すことがなく、異形粒の発生を防止できる。さらに、ふるい部１０と受け部２０との間は、カバー部４０で覆われていることから、このカバー部４０によってふるい目を通過した微細なはんだ金属粉末６１が外部に飛び散ることを防止できる。したがって、はんだ金属粉末の製造効率を向上できるとともに、はんだ金属粉末が飛び散ることによる外部の汚染も防ぐことができる。
【００２３】
なお、このように異形粉の混入が低減されたはんだ金属粉末を用いてはんだペーストを製造した場合には、図２に示すように、基板７１上のランド部７２にはんだペーストを塗布した際に、マスク７３の開口部７３ａ内及びドライフィルム７４の開口部７４ａ内に隙間なくはんだペーストを充填させることができる。したがって、はんだペーストを溶融した場合に、ボイドの発生を抑制でき、はんだバンプ高さのばらつき等のはんだバンプの形成不良の問題を生じることなく、極小のはんだバンプをランド部７２上に精密に形成できる。
【００２４】
一方、図３に示すように、異形粉６２が混入したはんだ金属粉末を用いてはんだペーストを製造した場合には、マスク７３の開口部７３ａ内及びドライフィルム７４の開口部７４ａ内にはんだペーストを十分に充填させることができずに、開口部７４ａ内に空洞が形成され、はんだペーストの充填不良を引き起こすおそれがある。この場合、はんだバンプの高さにばらつきが生じたり、はんだバンプの内部にボイドが発生しやすくなる。そして、その結果、電子部品の接合信頼性低下を招くおそれがある。
なお、基板７１上には、通常多数のランド部７２が設けられ、ランド部７２毎にはんだバンプが形成されるが、図２及び図３では、１個のランド部７２のみ記載した。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の効果を確認するために、所定の平均粒径を有するはんだ金属粉末を作製した。
アトマイズ法により造粒したＳｎ‐０．７質量％Ｃｕのはんだ金属粉末を用いて、図１に示す本実施形態のふるい装置１００を用いる場合（本法：実施例１、実施例２）と、図７に示す従来のふるい装置２００を用いる場合（従来法：比較例１、比較例２）とのそれぞれを実施した。なお、従来のふるい装置２００は、本実施形態のふるい装置１００と同様に、ふるい部１０と、受け部２０と、架台３０と、振動手段５０とを備えているが、カバー部４０は設けられておらず、ふるい部１０と受け部２０とが直に接続されている。具体的には、受け部２０の筒状部２１の上側の開口部２１ａにふるい部１０の下端部が挿入され、かつ、開口部２１ａの内周面にふるい部１０の外周面が接触して設けられている。また、ふるい部１０の下部は、受け部２０の開口部２１ａに固定されておらず、開口部２１ａから抜き差し可能な状態に設けられている。なお、ふるい装置２００において、本実施形態のふるい装置１００と共通要素には、同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
そして、本法及び従来法において、ステンレス製のふるい目（目開き）が１５０μｍとされるふるい網１２を有するふるい部１０を用いて、はんだ金属粉末の分級を実施し、振動手段５０により２０Ｈｚの振動をふるい部１０に与えた。そして、得られたはんだ金属粉末から粒を５００００個採取し、倍率５００倍の電子顕微鏡で各粒のサイズを観察し、５００００個中に含まれる異形粉の含有量（異形粉含有量）を確認した。なお、異形粉とは、アスペクト比が１．５以上の粒を示す。
【００２７】
表１に異形粉含有量の結果を示す。また、図４に分級前のはんだ金属粉末の電子顕微鏡画像（倍率５００倍）を示し、図５に本法（実施例１）による分級後のはんだ金属粉末の電子顕微鏡画像（倍率５００倍）、図６に従来法（比較例２）による分級後のはんだ金属粉末の電子顕微鏡画像（倍率２０００倍）を示す。
【００２８】
図４〜図６及び表１の結果から明らかなように、本法により分級したはんだ金属粉末においては、分級前に含有されていた異形粉が除かれ、噛み込み等により生じた異形粉の混入も僅かであった。また、はんだ金属粉末の異形粉含有率は、従来法により分級したはんだ金属粉末が０．１００％〜０．２００％であるのに対して、本法により分級したはんだ金属粉末は０．００２％〜０．００４％となり、本法によって従来法よりも異形粉含有率を１００分の２程度に低減できることが確認できた。
【００２９】
次に、実施例１，２及び比較例１，２のそれぞれのはんだ金属粉末を用い、ＲＡ種（活性ロジン種）のフラックスをフラックス比率１１．７体積％で混合して、はんだペーストを作製した。また、基板上に厚さ２０μｍのレジスト層に直径８５μｍの開口部を１５０μｍ間隔で４０個×４０個（１６００個）形成し、この基板上にメタルマスクを配置して、開口部内にはんだペーストを塗布した後、窒素雰囲気下ではんだ金属粉末の融点（液相線温度）より３０℃高い温度（具体的には２３０℃）で６０秒以上のリフロー処理を行うことにより、はんだバンプを形成した。そして、はんだバンプの形成不良の割合を評価した。
【００３０】
具体的には、はんだバンプが形成されないか、又ははんだバンプが形成されても、その直径が開口部に充填された量から想定される径よりも９０％以下であったはんだバンプを不良とし、はんだバンプの不良が１６００個中１個以下であった場合を合格とし、はんだバンプの不良が１６００個中２個以上であった場合を不合格とした。
表１に結果を示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１からわかるように、本法により製造されたはんだ金属粉末を用いた場合では、はんだバンプの形成不良の問題を解消でき、極小のはんだバンプをランド上に精密に形成できる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明のふるい装置を、はんだ金属粉末のふるい装置に適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、その他の粉末を所定の大きさの粒径に選別するふるい装置としても適用できる。
また、上記実施形態では、はんだペーストの材料としては、Ｓｎ‐Ｃｕ合金を用いて説明を行ったが、他にも、Ｓｎ‐Ａｇ合金、Ｐｂ‐Ｓｎ合金、Ｓｎ‐Ｂｉ合金、Ｓｎ‐Ｚｎ合金、Ｓｎ‐Ｓｂ合金、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ合金等、Ｓｎと添加成分からなるＳｎ系合金が好適である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ふるい部
１１  筒部
１２  ふるい網
１３  フランジ部
２０  受け部
２１  筒状部
２１ａ  開口部
２２  底部
３０  架台
３１  貫通孔
４０  カバー部
５０  振動手段
６０  分級前のはんだ金属粉末
６１  分級後のはんだ金属粉末
６２  異形粉
７１  基板
７２  ランド部
７３  マスク
７３ａ  開口部
７４  ドライフィルム
７４ａ  開口部
１００  実施形態のはんだ金属粉末のふるい装置
２００  従来のはんだ金属粉末のふるい装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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