(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度９９．９５重量％以上のスズ地金又は粉末を−３０〜−５０℃でα化させた後、衝突板式粉砕機で粉砕することを特徴とする微小スズ粉末の製造方法。
【請求項２】
上記α化、粉砕を繰り返す請求項１記載の微小スズ粉末の製造方法。
【請求項３】
上記スズ地金又は粉末がケイ素及び／又はゲルマニウムを０．０１〜０．５重量％含有する請求項１又は２記載の微小スズ粉末の製造方法。
【請求項４】
平均粒径が５〜７μｍである請求項１、２又は３記載の微小スズ粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、経済性に優れ、簡便、かつ高収率の微小スズ粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、電子機器の配線基板の小型化に伴い表面実装の技術が急速に発展した。とりわけ、実装技術の中心となっているマイクロソルダリング技術もますます高度化している。この表面実装の時にはハンダペーストを用いるが、このハンダペーストに対する要求も厳しいものとなってきており、ハンダ粉も微細化のものが要求されている。
【０００３】
従来、ハンダ粉としては、スズ−鉛系ハンダが一般的であり、平均粒径２０〜４０μｍ程度のものが用いられているが、パッドサイズが２５〜１００μｍやパッドピッチが２５〜５０μｍという微細な回路基板パターンの要求もあり、これに対応するためには２０μｍ未満の微細粉末であるハンダ粉を使用する必要がある。
【０００４】
このため、ハンダ粉に用いられるスズ粉末としても平均粒径５〜７μｍ程度の微小粉末が要求されている。このようなスズの微小粉末を得るために、例えばアトマイズ粉を分級することが考えられるが、歩留まりが極めて悪く、経済性に劣る。また、このような微小粉末のスズを得るために、水アトマイズ法によっても可能であるが、装置的に大規模となり、トータル的には非常に高コストとなってしまう。
【０００５】
従って、本発明の目的は、簡便で経済性に優れ、しかも高収率の微小スズ粉末の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、検討の結果、高純度のスズ地金又は粉末をα化した後、衝突板式粉砕機で粉砕することによって、上記目的が達成し得ることを知見した。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、純度９９．９５重量％以上のスズ地金又は粉末を−３０〜−５０℃でα化させた後、衝突板式粉砕機で粉砕することを特徴とする微小スズ粉末の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、純度９９．９５重量％以上のスズ地金又は粉末を用いる。この地金は、例えばスズを鋳造することによって得られる。スズ粉末は上記地金を溶融し、これをアトマイズすることにより得られる。このアトマイズ粉末の平均粒径は、２０〜５０μｍ程度である。
【０００９】
このスズ地金又は粉末の純度は、上記のように９９．９５重量％以上であり、純度がこれ未満であり、不純物を多く含有するとスズのα化が阻害される。特に、鉛、ビスマス、アンチモンを不純物として多く含有した場合には、スズのα化が阻害される。また、上記スズ地金又は粉末に、ケイ素及び／又はゲルマニウムを含有させることによって、スズのα化を促進することができる。このようなケイ素及び／又はゲルマニウムの含有量は、スズ地金又は粉末に対して、０．５重量％以下、好ましくは０．０１〜０．５重量％である。
【００１０】
本発明では、このスズ地金又は粉末を−３０〜−５０℃でα化させる。スズにはβ型とα型の２つの同素体がある。一般的なスズは密度７．２８ｇ／ｃｍ3 のβ型（正方晶）で白色錫と呼ばれている。他方の密度５．８０ｇ／ｃｍ3 のα型（立法晶）は灰色錫と呼ばれ特殊な環境下、例えば極寒地でなければ見ることはできない。α型スズはβ型から転移する際に密度差による体積膨張を伴うために脆化する。本発明では、上記β型のスズ地金又は粉末を−３０〜−５０℃で３〜１０日保持することによってα化させる。
【００１１】
本発明では、このようにα化させたスズを粉砕し、微小化する。粉砕には、衝突板式粉砕機を用いる。このような衝突板式粉砕機としては、エバラトリアードジェット（ＰＭ型、荏原製作所社製）、ＩＤＳ式ジェットミル（ＩＤＳ−２型、日本ニューマチック工業社製）等が挙げられる。
【００１２】
このスズ地金又は粉末のα化、粉砕は、所定の粒径、すなわち平均粒径５〜７μｍになるまで１回或いは数回繰り返し行なわれる。このようにして、平均粒径５〜７μｍの微小スズ粉末が得られる。
【００１３】
この微小スズ粉末は、ハンダ粉、特にファインピッチ用のハンダ粉の材料として好適に使用できる。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説明する。
【００１５】
＜α型転移に対するスズ地金の影響＞
〔試験例１〕
純度９９．９９重量％以上のスズ地金を溶解鋳造し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の試料を作製した。これを−４０℃の冷凍庫に保持し、β型からα型へ転移する様子を観察した。１日経過後、試料表面に紫色の点状の隆起物（ｗａｒｔｓと呼ばれるα型スズの初期痕跡）が数点観察された。その後、α型スズは点状の隆起物を基点にして全体に広がっていき、４日経過後には全体がα型に転移して崩壊した。
【００１６】
〔試験例２〕
試験例１と同様の純度９９．９９重量％以上のスズ地金を溶解し、これに０．０５重量％のゲルマニウムを添加して鋳造し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の試料を作製した。試料を−４０℃の冷凍庫に保持して観察した。α型の初期痕跡が認められるまで０．５日、全体がα型に至って崩壊するまで２日であった。これによりα型への転移に対して、促進元素としてのゲルマニウムの有効性が確認された。ゲルマニウムの結晶構造はα型スズと同じ等軸晶系のダイヤモンド構造を持ち、ゲルマニウムが種となってα型への転移が促進される。
【００１７】
〔試験例３〕
試験例２と同様に、純度９９．９９重量％以上のスズ地金を溶解し、これにゲルマニウムと同じ等軸晶系のダイヤモンド構造を持つケイ素を０．０５重量％添加した試料を作製し、−４０℃の冷凍庫に保持して観察した。α型の初期痕跡が認められるまで０．５日、全体がα型に至って崩壊するまで３日で、ゲルマニウムと同様にケイ素の有効性も確認された。
【００１８】
〔試験例４〕
試験例１〜３に用いたのと同様の純度９９．９９重量％以上のスズ地金をガスアトマイズ法によりアトマイズ粉を作製した。これを透明なラミネート袋に充填して真空に密封した後、−４０℃の冷凍庫に保持した観察した。２日経過後、銀白色のガスアトマイズ粉の中に紫に近い灰色の変色域が点在していることが認められた。６日経過後には、充填したアトマイズ粉全量の変色が認められた。この変色したアトマイズ粉は、Ｘ線回折パターンによりα型スズであることが確認された。
【００１９】
〔比較試験例１〕
試験例１の円盤状試料を−２０℃の冷凍庫に保持して観察した。α型の初期痕跡が認められるまで１１日、全体がα型に至って崩壊するまで３０日で、−４０℃の保持と比較してα型への転移が遅くなった。
【００２０】
〔比較試験例２〕
純度９９．９０重量％のスズ地金を溶解鋳造し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の試料を作製した。これを−４０℃の冷凍庫に保持して観察した。３２日経過後にα型スズの初期痕跡が数点観察されたが、その後の転移の進行は非常に緩やかで、１年以上経過しても全体がα型スズに転移して崩壊するには至らなかった。
【００２１】
〔比較試験例３〕
比較試験例２と同様の純度９９．９０重量％以上のスズ地金に、試験例２と同様に、０．０５％のゲルマニウムを添加して円盤状の試料を作製した。これを−４０℃の冷凍庫に保持して観察した。２０日経過後にα型スズの初期痕跡が数点観察されたが、その後の転移の進行は非常に緩やかで、１年以上経過しても全体がα型スズに転移して崩壊するには至らなかった。
【００２２】
〔比較試験例４〕
９９．９０重量％スズ地金から試験例４と同様にガスアトマイズ法によりアトマイズ粉を作製した。試験例４と同様に透明なラミネート袋に充填して真空に密封した後、−４０℃の冷凍庫に保持した観察した。１年以上経過しても銀白色を保ったままでα型への転移は認められなかった。
【００２３】
これら試験例１〜４及び比較試験例１〜４の結果等を表１に示すと共に、純度９９．９９重量％以上のスズ地金及び純度９９．９０重量％のスズ地金の不純物含有量を表２に示す。
【００２４】
【表１】
0004045033.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004045033.tif 000003
【００２６】
＜微小スズ粉末の製造＞
〔実施例１〕
試験例４で得られた平均粒径３５．７μｍのアトマイズ粉を用い、α化、粉砕及び分級を下記の通り行った。
（第１回α化）
上記アトマイズ粉を透明なラミネート袋に充填し、真空包装して−４０℃で８日保持した。
（第１回粉砕）
衝突板式粉砕機としてエバラトリアードジェット（ＰＭ型、荏原製作所社製）を用いた。この粉砕機は、衝突板による粉砕と旋回による摩擦粉砕を組み合わせた乾式粉砕機である。供給圧力６．５ｋｇ／ｃｍ2 、旋回圧力４．０ｋｇ／ｃｍ2 、原料供給速度１．０ｋｇ／ｈで粉砕を行った。その結果、回収率は９９％、回収品の平均粒径は１５．９μｍであった。
（第２回α化）
第１回粉砕で得られた平均粒径１５．９μｍの回収品を−４０℃で３日保持した。
（第２回粉砕）
第１回粉砕と全く同様にして粉砕を行った。その結果、回収率は９８％、回収品の平均粒径は８．５６μｍであった。
（分級）
分級機として、ＭＤＳセパレーター（ＭＤＳ−１３０型、日本ニューマチック工業社製）を用い、供給速度５ｋｇ／ｈで分級を行った。その結果、分級後の微粉の歩留りは５９％、平均粒径は６．１３μｍ、出発原料であるアトマイズ粉からの歩留りは５７％であった。
【００２７】
〔実施例２〕
試験例４で得られた平均粒径３５．７μｍのアトマイズ粉を用い、α化及び粉砕を下記の通り行った。
（第１回α化）
上記アトマイズ粉を透明なラミネート袋に充填し、真空包装して−４０℃で８日保持した。
（第１回粉砕）
衝突板式粉砕機としてＩＤＳ式ジェットミル（ＩＤＳ−２型、日本ニューマチック工業社製）を用いた。この粉砕機は、優れた粉砕力と精密な分級機構を有する衝突板式粉砕機である。供給圧力６．０ｋｇ／ｃｍ2 、原料供給速度４．５ｋｇ／ｈで粉砕を行った。その結果、回収率は８９％、回収品の平均粒径は１５．６μｍであった。
（第２回α化）
第１回粉砕で得られた平均粒径１５．６μｍの回収品を−４０℃で３日保持した。
（第２回粉砕）
第１回粉砕と全く同様にして粉砕を行った。その結果、回収率は５５％、回収品の平均粒径は５．２６μｍ、出発原料であるアトマイズ粉からの歩留りは４９％であった。
【００２８】
〔実施例３〕
純度９９．９９重量％のスズ地金塊を用い、α化、粉砕及び分級を下記の通り行った。
（第１回α化）
上記スズ地金塊を−４０℃で１４日保持した。この結果、スズ地金塊は粒状或いは針状の粒子にまで崩壊した。崩壊後の粒度は１６メッシュオーバー１％、１６〜１００メッシュ９０％、１００メッシュアンダー９％であった。
（第１回粉砕）
実施例１の第１回粉砕と同一の粉砕機、粉砕条件で粉砕を行った。その結果、回収率は９８％、回収品の平均粒径は５０．９μｍであった。
（第２回α化）
第１回粉砕で得られた平均粒径５０．９μｍの回収品を−４０℃で３日保持した。
（第２回粉砕）
第１回粉砕と全く同様にして粉砕を行った。その結果、回収率は９６％、回収品の平均粒径は１４．００μｍであった。
（分級）
実施例１の分級と同一の分級機、分級条件で分級を行った。その結果、分級後の微粉の歩留り３７％、平均粒径５．４９μｍ、スズ地金からの歩留り３５％であり、スズ地金塊からでも微小スズ粉を製造することが可能となった。
【００３０】
〔比較例１〕
試験例４で得られた平均粒径３５．７μｍのアトマイズ粉を用い、分級のみを下記の通り行った。
（分級）
実施例１の分級と同一の分級機、分級条件で分級を行った。その結果、分級後の微粉の歩留り０．６％、平均粒径６．０８μｍであり、歩留りが極端に悪かった。
【００３１】
〔比較例２〕
試験例４で得られた平均粒径３５．７μｍのアトマイズ粉を用い、粉砕のみを下記の通り行った。
（第１回粉砕）
実施例１の第１回粉砕と同一の粉砕機、粉砕条件で粉砕を行った。その結果、回収率は７５％、回収品の平均粒径は３７．１μｍであり、β型スズのままでは延性があり粉砕による微細化は起こらず、逆にスズ粉末同志の付着による粒径の増大が起きた。
【００３２】
〔比較例３〕
試験例４で得られた平均粒径３５．７μｍのアトマイズ粉を用い、α化、粉砕及び分級を下記の通り行った。
（第１回α化）
上記アトマイズ粉を透明なラミネート袋に充填し、真空包装して−４０℃で８日保持した。
（第１回粉砕）
粉砕機としてシングルトラックジェットミル（ＦＳ−４型、セイシン企業社製）を用いた。この粉砕機は、粒子の相互衝突と相互摩擦による乾式粉砕機で、衝突板式粉砕機ではない。供給圧力７．４ｋｇ／ｃｍ2 、原料供給速度０．８５ｋｇ／ｈで粉砕を行った。その結果、回収率は５５％、回収品の平均粒径は１５．９μｍであった。
（第２回α化）
第１回粉砕で得られた平均粒径１５．９μｍの回収品を−４０℃で３日保持した。
（第２回粉砕）
第１回粉砕と全く同様にして粉砕を行った。その結果、回収率は３０％、回収品の平均粒径は８．５６μｍであった。
（分級）
実施例１の分級と同一の分級機、分級条件で分級を行った。その結果、分級後の微粉の歩留り５９％、平均粒径６．１３μｍ、出発原料であるアトマイズ粉からの歩留りは１０％であった。この粉砕機においては、粉砕室に供給されたα型スズ粉末は、瞬間的には微細化されるが、粒子相互の衝突と摩擦を継続的に受けるために直ぐにβ型に戻ってしまう。β型に戻ったスズ粉末は、それ以上の微細化は起こらず、逆に粗大化が進行して粉砕機内に留まって回収率の低下を招くことになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によって、簡便で経済性に優れ、しかも高収率で微小スズ粉末が得られる。