JP2009006337A - Ultrafine solder composition - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-like solder composition which can be used for a soldering equivalent to that using an Sn-Ag based alloy solder by utilizing metal nano particles with the mean particle size being ≤100 nm suitable for the inkjet printing, blending the mixture of Sn nano particles and Ag nano particles, and using the melting of these metal nano particles at low temperature and the subsequent alloying thereof. <P>SOLUTION: In the ink-like solder composition, the mixing ratio W<SB>Sn</SB>:W<SB>Ag</SB>of Sn nano particles and Ag nano particles is selected in a range of (95:5) to (99.5:0.5) corresponding to the blending ratio of Sn to Ag in the Sn-Ag based alloy solder; the ratio d1:d2 is selected in a range of (4:1) to (10:1) while the mean particle size d1 of Sn nano particles and the mean particle size d2 of Ag nano particles being in a range of 2-100 nm. The flux component of 0.5-2 pts.mass is added per 10 pts.mass of Sn nano particles 10, and dispersed in a non-polar solvent of high boiling point. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属間のハンダ付け接合に利用可能な、超微細な金属微粒子をハンダ材料として含有するインク状のハンダ組成物に関する。より具体的には、錫ナノ粒子を主成分とし、銀ナノ粒子を少量配合してなる、金属ナノ粒子の混合物を含有する組成物であり、加熱によって、金属ナノ粒子相互の融着を行い、Sn−Ag系合金ハンダと同等のハンダ付け接合に利用可能な、インク状のハンダ組成物に関する。電子部品同士の電気的、物理的接合手段として広く普及している、錫合金系ハンダ微粒子を含有するハンダ組成物が利用されるハンダ付け接合、主として、プリント配線及び半導体パッケージ内の層間接続、プリント配線板と電子部品の接合、配線の修復等に利用できる、インク状のハンダ組成物に関する。   The present invention relates to an ink-like solder composition containing ultrafine metal fine particles, which can be used for solder bonding between metals as a solder material. More specifically, it is a composition containing a mixture of metal nanoparticles composed mainly of tin nanoparticles and containing a small amount of silver nanoparticles, and the metal nanoparticles are fused together by heating. The present invention relates to an ink-like solder composition that can be used for soldering joining equivalent to Sn-Ag alloy solder. Solder bonding using a solder composition containing tin alloy-based solder fine particles, which is widely used as an electrical and physical bonding means between electronic components, mainly interlayer connection in printed wiring and semiconductor packages, printing The present invention relates to an ink-like solder composition that can be used for joining a wiring board and an electronic component, repairing wiring, and the like.

電子部品同士の電気的、物理的接合手段として、錫合金系ハンダを利用するハンダ付け接合が広く普及している。特に、錫合金系ハンダ材料として、鉛を含有していない錫合金系ハンダ、所謂、鉛フリー・ハンダの利用が進んでいる。この鉛フリー・ハンダとしては、Snを主成分として、少量のAgを含む、Sn−Ag合金、さらには、Snを主成分として、少量のAgとCuを配合した、Sn−Ag−Cu合金などが利用されている。   As an electrical and physical joining means between electronic components, soldering joining using tin alloy solder is widely used. In particular, as a tin alloy solder material, use of a tin alloy solder not containing lead, so-called lead-free solder, has been advanced. As this lead-free solder, Sn—Ag alloy containing Sn as a main component and containing a small amount of Ag, Sn—Ag—Cu alloy containing Sn as a main component and a small amount of Ag and Cu, etc. Is being used.

錫合金系ハンダ粉末と、フラックスを混合してなる、ペースト状のハンダ組成物を利用して、プリント配線のハンダ接合用パッド上に、スクリーン印刷法により、該ハンダ組成物の塗布がなされている。その際、錫合金系ハンダ粉末の粒子径は、一般に、10〜40μm程度であり、該ハンダ組成物の塗布膜の膜厚、描画精度(下限)は、前記ハンダ粉末の粒子径により制限されている。   The solder composition is applied to a solder bonding pad of a printed wiring by a screen printing method using a paste solder composition obtained by mixing a tin alloy solder powder and a flux. . At that time, the particle diameter of the tin alloy solder powder is generally about 10 to 40 μm, and the film thickness and drawing accuracy (lower limit) of the coating film of the solder composition are limited by the particle diameter of the solder powder. Yes.

さらに、スクリーン印刷に代えて、インクジェット印刷に利用可能な、粒子径0.5〜2.0μm程度の錫合金系ハンダ微粒子を、分散溶媒中に均一に分散してなるインク状のハンダ組成物も提案されている(特許文献1を参照)。該インク状のハンダ組成物中において、錫合金系ハンダ微粒子の均一分散を図るため、該微粒子の表面に共重合ポリマー型の分散剤による被覆層を形成している。一方、錫合金系ハンダ微粒子の表面に生成している酸化被膜を除去する機能を有する活性剤として、例えば、有機酸、有機アミン塩が添加されている。   Further, instead of screen printing, there is also an ink-like solder composition in which tin alloy solder fine particles having a particle diameter of about 0.5 to 2.0 μm, which can be used for ink jet printing, are uniformly dispersed in a dispersion solvent. It has been proposed (see Patent Document 1). In the ink-like solder composition, in order to uniformly disperse the tin alloy-based solder fine particles, a coating layer of a copolymer polymer type dispersant is formed on the surface of the fine particles. On the other hand, for example, an organic acid or an organic amine salt is added as an activator having a function of removing an oxide film formed on the surface of the tin alloy solder fine particles.

上記の錫合金系ハンダ粒子の利用に代えて、金属錫粒子と、銀イオン、銅イオンを含有する金属含有有機錯体を配合し、加熱処理を施し、前記錯体の加熱分解に伴って、還元析出する銀、銅と、金属錫粒子から、Sn−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金を系内で形成する手法も提案されている(特許文献2を参照)。
特開2005−161341号公報 特開2003−251494号公報
Instead of using the above-mentioned tin alloy-based solder particles, metal tin particles and a metal-containing organic complex containing silver ions and copper ions are blended, subjected to heat treatment, and reduced precipitation accompanying the thermal decomposition of the complex A method of forming Sn—Ag alloy and Sn—Ag—Cu alloy in the system from silver, copper and metal tin particles is also proposed (see Patent Document 2).
JP 2005-161341 A JP 2003-251494 A

前記の金属錫粒子と、銀イオン、銅イオンを含有する金属含有有機錯体を配合し、加熱処理を施し、前記錯体の加熱分解に伴って、還元析出する銀、銅と、金属錫粒子から、Sn−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金を系内で形成する手法(析出型ハンダ組成物)は、予め、錫合金系ハンダ微粒子を調製する手法よりも、遥かに簡便な方法である。   Compounding the metal-containing organic complex containing the metal tin particles and silver ions and copper ions, and applying heat treatment, from the silver, copper and the metal tin particles that are reduced and precipitated with the thermal decomposition of the complex, The technique (precipitation-type solder composition) for forming Sn—Ag alloy and Sn—Ag—Cu alloy in the system is a much simpler method than the technique of preparing tin alloy solder fine particles in advance.

析出型ハンダ組成物では、金属錫粒子の表面において、銀イオン、銅イオンを含有する金属含有有機錯体から、銀、銅を選択的に還元析出させる過程では、金属錫と置換して、銀イオン、銅イオンが還元され、銀原子、銅原子となる、置換還元の機構を利用している。置換還元の機構を利用する際には、金属錫粒子の表面に、清浄な金属錫が出現していることが必要である。スクリーン印刷やディスペンサーを利用する塗布法では、塗布するハンダ組成物は、流動性を抑えたペースト状であることが望ましい。一方、インクジェット印刷法を適用する塗布では、微小な液滴として、吐出する必要があり、液粘度が低い、高流動性のハンダ組成物であることが必要である。さらには、微小な液滴の吐出がなされる吐出口の開口径は小さいため、ハンダ組成物中に含有される金属粒子の粒子径は、少なくとも、2μmを超えない範囲に選択する必要がある。また、ハンダ組成物中に含有される金属粒子は、分散溶媒中に均一に分散している状態とすることが必要である。換言すると、含有される金属粒子の分散性を高く維持するため、金属粒子の表面の分散溶媒との親和性を有する分散剤にとる被覆層を設ける必要がある。そのため、インクジェット印刷に適用可能な析出型ハンダ組成物を構成する場合には、例えば、粒子径0.5〜2.0μm程度の金属錫粒子の表面に共重合ポリマー型の分散剤による被覆層を形成することが必要である。その場合、析出型ハンダ組成物を塗布した後、前記置換還元を行う前に、例えば、共重合ポリマー型の分散剤による被覆層を予め除去することが必要となる。   In the precipitation-type solder composition, in the process of selectively reducing and depositing silver and copper from the metal-containing organic complex containing silver ions and copper ions on the surface of the metal tin particles, the metal tin is replaced with silver ions. The mechanism of substitution reduction is used in which copper ions are reduced to silver atoms and copper atoms. When utilizing the mechanism of substitution reduction, it is necessary that clean metallic tin appears on the surface of the metallic tin particles. In the application method using screen printing or a dispenser, it is desirable that the solder composition to be applied is a paste with reduced fluidity. On the other hand, in application using the ink jet printing method, it is necessary to discharge as fine droplets, and it is necessary that the liquid composition has a low liquid viscosity and a high fluidity solder composition. Furthermore, since the opening diameter of the discharge port through which minute droplets are discharged is small, the particle diameter of the metal particles contained in the solder composition needs to be selected in a range not exceeding 2 μm. Further, the metal particles contained in the solder composition must be uniformly dispersed in the dispersion solvent. In other words, in order to maintain high dispersibility of the contained metal particles, it is necessary to provide a coating layer for the dispersant having an affinity for the dispersion solvent on the surface of the metal particles. Therefore, when forming a precipitation-type solder composition applicable to ink jet printing, for example, a coating layer of a copolymer polymer type dispersant is formed on the surface of metal tin particles having a particle diameter of about 0.5 to 2.0 μm. It is necessary to form. In that case, after applying the precipitation-type solder composition, before performing the substitution reduction, for example, it is necessary to remove in advance the coating layer made of a copolymer-type dispersant.

一方、配線基板上にハンダ接合により実装されるチップ状の電子部品の小型化、また、実装密度が高くなると、ハンダ接合に利用されるパッドのサイズがますます微小化する。従って、インク状のハンダ組成物を塗布するパッドのサイズが、さらに微細化すると、そのインクジェット印刷に利用されるインク中に含有される金属粒子の粒子径は、さらに、微小化する必要がある。同時に、インクジェット印刷によって、パッド面上に塗布されるインク状のハンダ組成物の塗布膜の膜厚の均一性、再現性を高める必要がある。具体的には、微細なパターンのインクジェット印刷に適合するように、インク状のハンダ組成物中に含有される金属微粒子として、平均粒子径が100nm以下の金属ナノ粒子を利用する、インク状のハンダ組成物の開発が望まれる。特に、微細なパターンのインクジェット印刷に利用する際、含有される金属ナノ粒子は塊を形成してなく、全体の液粘度が50mPa・s(20℃)以下である、高流動性のインク状のハンダ組成物の開発が望まれる。その際、ハンダ組成物自体は、所謂、鉛フリー・ハンダ、例えば、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成を有することが必要とされる。   On the other hand, as the chip-like electronic components mounted on the wiring board by solder bonding are miniaturized and the mounting density is increased, the size of pads used for solder bonding is further miniaturized. Accordingly, when the size of the pad to which the ink-like solder composition is applied is further miniaturized, the particle size of the metal particles contained in the ink used for the ink jet printing needs to be further miniaturized. At the same time, it is necessary to improve the uniformity and reproducibility of the coating film of the ink-like solder composition applied on the pad surface by ink jet printing. Specifically, an ink-like solder using metal nanoparticles having an average particle diameter of 100 nm or less as the metal fine particles contained in the ink-like solder composition so as to be compatible with fine pattern inkjet printing. Development of a composition is desired. In particular, when used for ink-jet printing of fine patterns, the contained metal nanoparticles do not form a lump, and the overall liquid viscosity is 50 mPa · s (20 ° C.) or less, which is a highly fluid ink-like. Development of a solder composition is desired. At that time, the solder composition itself is required to have a composition corresponding to so-called lead-free solder, for example, Sn—Ag alloy solder or Sn—Ag—Cu alloy solder.

本発明は、前記の課題を解決するものである。すなわち、本発明の目的は、微細なパターンのインクジェット印刷に適合するように、インク状のハンダ組成物中に含有される金属微粒子として、平均粒子径が100nm以下の金属ナノ粒子を利用し、含有される金属ナノ粒子は塊を形成してなく、全体の液粘度が50mPa・s(20℃)以下である、高流動性のインク状のハンダ組成物を提供することにある。特には、所謂、鉛フリー・ハンダ、例えば、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成を有する、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成を有する、高流動性のインク状のハンダ組成物を提供することにある。   The present invention solves the aforementioned problems. That is, the object of the present invention is to use metal nanoparticles having an average particle diameter of 100 nm or less as the metal fine particles contained in the ink-like solder composition so as to be compatible with ink jet printing of fine patterns. An object of the present invention is to provide a highly fluid ink-like solder composition in which the metal nanoparticles do not form a lump and the total liquid viscosity is 50 mPa · s (20 ° C.) or less. In particular, so-called lead-free solder, for example, Sn-Ag alloy solder, Sn-Ag-Cu alloy solder having a composition corresponding to Sn-Ag alloy solder, Sn-Ag-Cu alloy solder. It is an object of the present invention to provide a highly fluid ink-like solder composition having a corresponding composition.

本発明者らは、上記の課題を解決するため、先ず、Sn−Ag系合金、Sn−Ag−Cu系合金からなる、平均粒子径100nm以下の合金ナノ粒子の利用を検討した。一般に、合金の微粒子の作製には、遠心噴霧法やガスアトマイズ(ガス噴霧法)が利用されるが、噴霧可能な液滴のサイズは、0.1μmが下限であり、平均粒子径100nm以下の合金ナノ粒子を形成するは、困難であることが判明した。加えて、これらの手法で作製される合金微粒子は、しばしば、複数の微粒子が互いに固着し、塊を形成すること粒状物となったものであることも確認された。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors first studied the use of alloy nanoparticles made of Sn—Ag alloy and Sn—Ag—Cu alloy having an average particle diameter of 100 nm or less. Generally, centrifugal spraying or gas atomization (gas spraying) is used to produce alloy fine particles. The size of droplets that can be sprayed is 0.1 μm at the lower limit, and the average particle size is 100 nm or less. It has proven difficult to form nanoparticles. In addition, it has also been confirmed that the alloy fine particles produced by these methods often have a plurality of fine particles fixed to each other to form a lump.

一方、金属単体で構成される、平均粒子径1〜100nmの金属ナノ粒子は、その金属表面は、金属元素と配位可能な被覆剤分子(アミンなど)で被覆され、この被覆剤分子を分散剤として利用することで、有機溶媒中に安定に分散できる。また、金属表面全体を被覆剤分子層で被覆されている状態では、平均粒子径1〜100nmの金属ナノ粒子の表面には、酸化皮膜は形成されていない。そして、金属表面全体を被覆している被覆剤分子層を除去すると、金属ナノ粒子は、その金属表面を互いに接触させると、比較的に低温でも、相互に融着を起し、金属ナノ粒子の焼結体を構成できる。さらには、清浄な金属表面を露呈しているバルク金属表面と、金属ナノ粒子とを接触させると、金属ナノ粒子表面における金属原子の拡散に起因して、バルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合が起こることを、既に検証している(特開2002−126869号公報を参照)。前記の現象を利用すると、バルク金属表面間を、金属ナノ粒子の焼結体層を介して接合する、金属間のロウ付け接合が達成できることも検証している。   On the other hand, metal nanoparticles with an average particle diameter of 1 to 100 nm composed of a single metal are coated with a coating molecule (such as amine) capable of coordinating with a metal element, and the coating molecule is dispersed. By using it as an agent, it can be stably dispersed in an organic solvent. In the state where the entire metal surface is covered with the coating agent molecular layer, no oxide film is formed on the surface of the metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm. Then, when the coating molecular layer covering the entire metal surface is removed, the metal nanoparticles are fused to each other even at a relatively low temperature when the metal surfaces are brought into contact with each other. A sintered body can be constructed. Furthermore, when a metal nanoparticle is brought into contact with a bulk metal surface that exposes a clean metal surface, the interface between the bulk metal surface and the metal nanoparticle is caused by diffusion of metal atoms on the metal nanoparticle surface. It has already been verified that fusion occurs (see JP 2002-126869 A). Using the above phenomenon, it has also been verified that brazing bonding between metals can be achieved in which the bulk metal surfaces are bonded via a sintered body layer of metal nanoparticles.

前記の手法は、接合すべきバルク金属の表面がともに清浄な金属表面である際には、ハンダ接合と遜色のない接合強度を示す。一方、接合すべきバルク金属の表面に、極僅かな膜厚の酸化皮膜が存在する際には、その酸化皮膜が障壁となり、金属ナノ粒子表面における金属原子の拡散に起因する、バルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合が阻害を受ける。その場合、見かけの接合形成領域の面積のうち、実際に、バルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合が達成されている割合は、僅かなものとなる。その結果、見かけの接合形成領域の面積当たりの接合強度は、前記の割合に従って、低いものとなる。   The above-described method exhibits a bonding strength comparable to that of solder bonding when the surfaces of the bulk metals to be bonded are both clean metal surfaces. On the other hand, when an oxide film with a very small thickness exists on the surface of the bulk metal to be bonded, the oxide film serves as a barrier, and the bulk metal surface caused by the diffusion of metal atoms on the surface of the metal nanoparticles Interfacial fusion with metal nanoparticles is inhibited. In that case, the ratio of the interface fusion between the bulk metal surface and the metal nanoparticles is actually small in the area of the apparent junction formation region. As a result, the bonding strength per area of the apparent bonding formation region is low according to the above ratio.

本発明者らは、前記の「見かけの接合形成領域の面積当たりの接合強度」の低下を、実質的に回避する手段を付加すると、接合すべきバルク金属の表面に極僅かな膜厚の酸化皮膜が存在する際にも、良好なロウ付け接合を達成できることに想到した。   The present inventors added a means for substantially avoiding the above-mentioned decrease in the “joint strength per area of the apparent joint formation region”, and thereby oxidized the surface of the bulk metal to be joined with a very small thickness. It was conceived that a good brazing joint can be achieved even in the presence of a coating.

実際には、前記のバルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合を利用するロウ付け接合では、個々の界面融合部位の面積Sparticleは、概ね、金属ナノ粒子の平均粒子径dの二乗(d2)に比例して、微細な面積である。一方、酸化皮膜が存在していない場合に、接合すべき面全体に、本来、生成される界面融合部位の面密度:Dparticleは、金属ナノ粒子の平均粒子径dの二乗(d2)に反比例して、大きな密度となっている。そのため、単位面積当たり、バルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合が達成されている面積の総和:Sparticle×Dparticleは、金属ナノ粒子の平均粒子径dには、顕著には依存しないものとなっている。さらに、詳細に、バルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合部分の形態を検討すると、個々の界面融合部位の面積Sparticleは、Sparticle∝a(d)・d2と、金属ナノ粒子の平均粒子径dに依存する因子a(d)に依存している。この因子a(d)は、金属ナノ粒子の平均粒子径dが大きいほど小さく、平均粒子径が小さいほど大きくなっている。具体的には、界面融合が生じる場合、バルク金属面上において、金属ナノ粒子の表面を構成する金属原子が表面拡散することで、界面融合部位の面積Sparticleが決定されている。その現象に起因して、平均粒子径2nm〜100nmの範囲では、因子a(d)は、二つの平均粒子径dとd’の間に、a(d)/a(d’)≒(d’/d)で近似できるような依存性が存在する。 In practice, in the brazing joint using interfacial fusion between the bulk metal surface and the metal nanoparticles, the area S particle of each interfacial fusion site is approximately the square of the average particle diameter d of the metal nanoparticles (d 2 ) In proportion to ( 2 ), the area is fine. On the other hand, when no oxide film is present, the surface density of the interfacial fusion site that is originally generated on the entire surfaces to be joined: D particle is the square of the average particle diameter d of the metal nanoparticles (d 2 ). The density is inversely proportional. Therefore, the total area where interfacial fusion between the bulk metal surface and the metal nanoparticles is achieved per unit area: S particle × D particle is not significantly dependent on the average particle diameter d of the metal nanoparticles. It has become. Further, in detail, when the form of the interface fusion part between the bulk metal surface and the metal nanoparticle is examined, the area S particle of each interface fusion site is S particle ∝a (d) · d 2, and the metal nanoparticle It depends on a factor a (d) that depends on the average particle diameter d. This factor a (d) decreases as the average particle diameter d of the metal nanoparticles increases, and increases as the average particle diameter decreases. Specifically, when interfacial fusion occurs, the area S particle of the interfacial fusion site is determined by surface diffusion of metal atoms constituting the surface of the metal nanoparticles on the bulk metal surface. Due to this phenomenon, in the range of the average particle diameter of 2 nm to 100 nm, the factor a (d) is a (d) / a (d ′) ≈ (d) between the two average particle diameters d and d ′. There is a dependency that can be approximated by '/ d).

一方、バルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合部位は、金属表面から表面酸化が進行すると、実際に金属間結合によって接合がなされている実効的な界面融合部位の面積Sparticleは減少していく。この経時的な表面酸化に由来する、実効的な界面融合部位の面積Sparticleの減少の影響は、金属ナノ粒子の平均粒子径dが小さいほど顕著となる。 On the other hand, the interfacial fusion site between the bulk metal surface and the metal nanoparticles is reduced in the area S particle of the effective interfacial fusion site that is actually joined by the intermetallic bond as the surface oxidation proceeds from the metal surface. Go. The effect of the reduction of the effective interface fusion site area S particle resulting from the surface oxidation over time becomes more significant as the average particle diameter d of the metal nanoparticles is smaller.

本発明者らは、一旦、前記のバルク金属面と金属ナノ粒子との界面融合を利用して、バルク金属表面間を、金属ナノ粒子の焼結体層を介して接合し、その後、前記金属ナノ粒子の焼結体層全体が熔融するまで加熱すると、バルク金属表面間全体がロウ付け接合された状態となることに想到した。その際、前記金属ナノ粒子の焼結体層全体の平均組成が、ハンダ接合に利用される、鉛フリー・ハンダ、例えば、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成であると、バルク金属表面間全体がハンダ接合された状態となることに想到した。   The present inventors once joined the bulk metal surfaces using interfacial fusion between the bulk metal surface and the metal nanoparticles via a sintered body layer of metal nanoparticles, and then the metal It was conceived that when the entire sintered body of nanoparticles was heated until it melted, the entire bulk metal surface was brazed and joined. In that case, the average composition of the whole sintered body layer of the metal nanoparticles corresponds to lead-free solder, for example, Sn—Ag alloy solder, Sn—Ag—Cu alloy solder used for solder bonding. It was conceived that the entire bulk metal surface was soldered with the composition.

仮に、金属ナノ粒子として、鉛フリー・ハンダ、例えば、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成を有する合金ナノ粒子を採用できると、理想的であるが、上述するように、かかる合金ナノ粒子の作製は困難である。そのため、目的とする合金の組成に相当する比率で、構成金属からなる金属ナノ粒子の混合物を利用し、均一な混合がなされている金属ナノ粒子の焼結体層を形成した後、前記金属ナノ粒子の焼結体層全体が熔融するまで加熱すると、全体が均一な合金化された状態とできることを見出した。その際、目的とする、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成は、Snが95wt%〜99.5wt%、Agが5wt%〜0.5wt%であるため、各構成金属からなる金属ナノ粒子の平均粒子径を等しく選択すると、微視的には、平均組成が不均一な状態となることを見出した。この微視的な組成の不均一性を回避する上では、錫ナノ粒子の平均粒子径d1と、銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率;d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択することで、構成金属からなる金属ナノ粒子の混合物中において、錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率が、N1≦N2の関係を満たすことが有効であることを見出した。すなわち、前記の条件が満たされると、錫ナノ粒子の周囲に、銀ナノ粒子が接する状況が達成されることを見出した。その状況で、均一な混合がなされている金属ナノ粒子の焼結体層全体が熔融するまで加熱すると、速やかに、全体が均一な合金化された状態とできる。   It is ideal if alloy nanoparticles having a composition corresponding to lead-free solder, for example, Sn-Ag alloy solder, Sn-Ag-Cu alloy solder, can be adopted as the metal nanoparticles. As such, the production of such alloy nanoparticles is difficult. Therefore, after forming a sintered body layer of metal nanoparticles that are uniformly mixed using a mixture of metal nanoparticles composed of constituent metals at a ratio corresponding to the composition of the target alloy, the metal nanoparticles are formed. It was found that when the entire sintered body of particles was heated until it melted, the whole could be made into a uniform alloyed state. At that time, the composition corresponding to the intended Sn-Ag alloy solder and Sn-Ag-Cu alloy solder is 95 wt% to 99.5 wt% Sn and 5 wt% to 0.5 wt% Ag. It has been found that when the average particle diameter of the metal nanoparticles composed of each constituent metal is selected equally, the average composition is in a non-uniform state. In order to avoid the microscopic compositional non-uniformity, the ratio of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles to the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles; d1: d2 is 4: 1 to 10: 1. By selecting the range, it is effective that the ratio of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver nanoparticles satisfies a relationship of N1 ≦ N2 in the mixture of metal nanoparticles made of constituent metals. I found it. That is, when the said conditions were satisfy | filled, it discovered that the condition where a silver nanoparticle contact | connects the circumference | surroundings of a tin nanoparticle was achieved. In this situation, when the entire sintered body layer of metal nanoparticles having been uniformly mixed is heated until it is melted, the entire structure can be quickly made into a uniform alloyed state.

その際、Sn−Ag−Cu系合金ハンダに相当する組成では、Cuは0.7wt%〜0.1wt%であり、Cuナノ粒子を利用すると、錫ナノ粒子の個数N1と銅ナノ粒子の個数N3の比率が、N1≦N3の関係を満たすようにする上では、錫ナノ粒子の平均粒子径d1と、銅ナノ粒子の平均粒子径d3の比率;d1:d3を、10:1以下の範囲に選択することになる。その際、銅ナノ粒子は、銀ナノ粒子と比較して、遥かに、表面酸化を受け易い点を考慮に入れた。銅に関しては、有機酸銅塩として配合し、加熱処理の過程で、有機酸銅塩から金属銅を生成させ、錫ナノ粒子の表面に、生成される銅の被覆層を形成する形態がより好ましいことを見出した。   At that time, in the composition corresponding to the Sn—Ag—Cu based alloy solder, Cu is 0.7 wt% to 0.1 wt%, and when using Cu nanoparticles, the number of tin nanoparticles N1 and the number of copper nanoparticles In order that the ratio of N3 satisfies the relationship of N1 ≦ N3, the ratio of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d3 of the copper nanoparticles; d1: d3 is a range of 10: 1 or less Will be selected. In doing so, it was taken into account that copper nanoparticles were much more susceptible to surface oxidation than silver nanoparticles. Regarding copper, it is preferable to blend as an organic acid copper salt, to form metallic copper from the organic acid copper salt in the course of the heat treatment, and to form a coating layer of the generated copper on the surface of the tin nanoparticles. I found out.

金属ナノ粒子の混合物を利用し、均一な混合組成の金属ナノ粒子の焼結体層を形成した後、該金属ナノ粒子の焼結体層全体が熔融する過程では、熔融した金属の表面が酸化を受けることを回避するため、焼結体層全体が高沸点の非極性溶媒で浸漬されていることが必要である。この状況を利用して、該金属ナノ粒子の焼結体層全体を熔融して、接合すべき金属表面全体に濡れる状態とするため、高沸点の非極性溶媒中にフラックス剤を溶解した形態とすることが望ましいことを見出した。   After forming a sintered body layer of metal nanoparticles having a uniform mixed composition using a mixture of metal nanoparticles, the surface of the molten metal is oxidized during the process of melting the entire sintered body layer of metal nanoparticles. In order to avoid receiving, it is necessary that the entire sintered body layer is immersed in a non-polar solvent having a high boiling point. Utilizing this situation, the entire sintered body layer of the metal nanoparticles is melted and wetted on the entire metal surface to be joined, so that the flux agent is dissolved in a high-polarity nonpolar solvent and I found it desirable.

勿論、高沸点の非極性溶媒中にフラックス剤を溶解し、必要に応じて、少量の有機酸銅塩を溶解し、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子を均一に分散してなる分散液は、全体の液粘度が100mPa・s(20℃)以下である、高流動性のインク状のハンダ組成物とすることができることも確認した。従って、インクジェット印刷に適用できることを確認した。   Of course, the dispersion is made by dissolving the fluxing agent in a high-polarity nonpolar solvent, and if necessary, dissolving a small amount of organic acid copper salt and uniformly dispersing tin nanoparticles and silver nanoparticles. It was also confirmed that a highly fluid ink-like solder composition having a liquid viscosity of 100 mPa · s (20 ° C.) or less can be obtained. Therefore, it was confirmed that it can be applied to inkjet printing.

本発明者らは、これらの一連の知見に基づき、本発明を完成するに至った。   Based on these series of findings, the present inventors have completed the present invention.

すなわち、本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物は、
平均粒子径が2〜100nmの錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ならびに、フラックス成分を含み、高沸点の無極性溶媒中に該錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散してなるインク状のハンダ組成物であって、
前記錫ナノ粒子と銀ナノ粒子の混合比率WSn:WAg(但し、WSn+WAg=100とする)を、95:5〜99.5:0.5の範囲に選択し;
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択し;
前記錫ナノ粒子10質量部当たり、前記フラックス成分の添加量を、0.5質量部〜2質量部の範囲に選択し;
前記高沸点の無極性溶媒として、沸点が200℃〜320℃の範囲の、炭化水素系溶剤を選択している
ことを特徴とするインク状のハンダ組成物である。
That is, the ink-like solder composition according to the first embodiment of the present invention is
Ink-like solder comprising tin nanoparticles having an average particle diameter of 2 to 100 nm, silver nanoparticles, and a flux component, and the tin nanoparticles and silver nanoparticles are uniformly dispersed in a non-polar solvent having a high boiling point A composition comprising:
The mixing ratio W Sn : W Ag (provided that W Sn + W Ag = 100) of the tin nanoparticles and silver nanoparticles is selected in the range of 95: 5 to 99.5: 0.5;
A ratio d1: d2 between the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1;
The addition amount of the flux component per 10 parts by mass of the tin nanoparticles is selected in the range of 0.5 to 2 parts by mass;
A hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C. to 320 ° C. is selected as the high boiling nonpolar solvent.

また、本発明の第二の形態にかかるインク状のハンダ組成物は、
平均粒子径が2〜100nmの錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、有機酸銅塩、ならびに、フラックス成分を含み、高沸点の無極性溶媒中に該錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散してなるインク状のハンダ組成物であって、
前記錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、有機酸銅塩中に含有される銅の配合比率WSn:WAg:WCu(但し、WSn+WAg+WCu=100とする)は、
Snを、95〜99.5の範囲に、
Agを、5〜0.5の範囲に、
Cuを、0.7〜0.1の範囲に選択し、
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択し;
前記錫ナノ粒子10質量部当たり、前記フラックス成分の添加量を、0.5質量部〜2質量部の範囲に選択し;
前記高沸点の無極性溶媒として、沸点が200℃〜320℃の範囲の、炭化水素系溶剤を選択している
ことを特徴とするインク状のハンダ組成物である。その際、前記有機酸銅塩として、ロジン酸銅が好適に使用できる。
Further, the ink-like solder composition according to the second aspect of the present invention,
Including tin nanoparticles having an average particle diameter of 2 to 100 nm, silver nanoparticles, organic acid copper salt, and a flux component, the tin nanoparticles and silver nanoparticles are uniformly dispersed in a high-polarity nonpolar solvent. An ink-like solder composition comprising:
The compounding ratio W Sn : W Ag : W Cu (provided that W Sn + W Ag + W Cu = 100) of the copper contained in the tin nanoparticles, silver nanoparticles and organic acid copper salt is as follows:
W Sn in the range of 95-99.5,
W Ag in the range of 5-0.5,
Select W Cu in the range of 0.7-0.1,
A ratio d1: d2 between the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1;
The addition amount of the flux component per 10 parts by mass of the tin nanoparticles is selected in the range of 0.5 to 2 parts by mass;
A hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C. to 320 ° C. is selected as the high boiling nonpolar solvent. At that time, copper rosinate can be suitably used as the organic acid copper salt.

上述する本発明の第一の形態、ならびに第二の形態のかかるインク状のハンダ組成物にいずれにおいても、下記の態様を選択することが好ましい。   In any of the above-described first and second ink-like solder compositions of the present invention, it is preferable to select the following embodiment.

まず、該インク状のハンダ組成物の液粘度は、5 mPa・s〜30 mPa・s(20℃)の範囲に選択されていることが好ましい。   First, the liquid viscosity of the ink-like solder composition is preferably selected in the range of 5 mPa · s to 30 mPa · s (20 ° C.).

さらに、
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択する際、前記の比率を満たす範囲で、
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1を、10〜100nmの範囲に選択し、
前記銀ナノ粒子の平均粒子径d2を、2〜20nmの範囲に選択することがより好ましい。
further,
When the ratio d1: d2 of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1, the range satisfying the above ratio,
The average particle diameter d1 of the tin nanoparticles is selected in the range of 10 to 100 nm,
More preferably, the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 2 to 20 nm.

一方、前記銀ナノ粒子は、その表面の銀原子に対して、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対を利用して、配位的な結合が可能なアルキルアミンにより被覆された状態で、前記高沸点の無極性溶媒中に分散されていることが好ましい。   On the other hand, the silver nanoparticles are coated with an alkylamine capable of coordinative bonding using a lone electron pair on the nitrogen atom of the amino group with respect to silver atoms on the surface, It is preferably dispersed in a high-polarity nonpolar solvent.

その際、前記アルキルアミンの配合量は、前記銀ナノ粒子10質量部あたり、1〜6質量部の範囲に選択されていることが望ましい。   In that case, it is desirable that the compounding amount of the alkylamine is selected in the range of 1 to 6 parts by mass per 10 parts by mass of the silver nanoparticles.

特に、前記アルキルアミンは、炭素数8〜14の第1アルキルアミンであることが望ましい。   In particular, the alkylamine is preferably a primary alkylamine having 8 to 14 carbon atoms.

上述する本発明の第一の形態、ならびに第二の形態のかかるインク状のハンダ組成物にいずれにおいても、
前記フラックス成分として、ロジンまたは水添ロジンを添加している形態を選択することが好ましい。
In any of the above-described first form of the present invention and the ink-like solder composition of the second form,
It is preferable to select a form in which rosin or hydrogenated rosin is added as the flux component.

本発明にかかるインク状のハンダ組成物は、高沸点の非極性溶媒中にフラックス剤を溶解し、必要に応じて、少量の有機酸銅塩を溶解し、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子を均一に分散してなる分散液は、全体の液粘度が100mPa・s(20℃)以下である、高流動性のインク状のハンダ組成物となっている。従って、この高流動性のインク状のハンダ組成物は、例えば、インクジェット印刷法を適用して、目標とする微細なパターン形状で均一な塗布膜厚で塗布することはできる。さらに、金属錫の融点よりは低いが、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互の低温焼結、接合対象の金属表面と錫ナノ粒子、銀ナノ粒子との界面融合、配合されている有機酸銅塩からの銅原子の析出が可能な温度に加熱することで、一旦、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、析出した金属銅の析出層は均一に混合している金属ナノ粒子の焼結体層を形成して、接合対称の金属面を該金属ナノ粒子の焼結体層を介して、接合することができる。最終的に、前記金属ナノ粒子の焼結体層を、目的の錫合金の融点以上の温度に加熱することで、高沸点の非極性溶媒中に溶解されているフラックス剤を存在下で、金属ナノ粒子の焼結体層の熔融を行い、良好な接合強度を有するハンダ接合を行うことができる。   The ink-like solder composition according to the present invention dissolves a fluxing agent in a non-polar solvent having a high boiling point, and if necessary, dissolves a small amount of an organic acid copper salt to uniformly disperse tin nanoparticles and silver nanoparticles. The dispersion obtained by dispersing in the above is a highly fluid ink-like solder composition having an overall liquid viscosity of 100 mPa · s (20 ° C.) or less. Therefore, this highly fluid ink-like solder composition can be applied with a uniform coating thickness in a target fine pattern shape by applying, for example, an ink jet printing method. Furthermore, although it is lower than the melting point of metal tin, low temperature sintering of tin nanoparticles and silver nanoparticles, interfacial fusion between the metal surface to be joined and tin nanoparticles, silver nanoparticles, and mixed organic acid copper salt By heating to a temperature at which copper atoms can be precipitated, tin nanoparticles, silver nanoparticles, and the deposited layer of deposited copper metal are uniformly mixed to form a sintered layer of metal nanoparticles Thus, the metal surfaces having symmetry of bonding can be bonded via the sintered body layer of the metal nanoparticles. Finally, the sintered body layer of the metal nanoparticles is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the target tin alloy, and in the presence of the flux agent dissolved in the high-polarity nonpolar solvent, the metal The sintered body layer of nanoparticles can be melted to perform solder bonding with good bonding strength.

以下に、本発明にかかるインク状のハンダ組成物と、それを利用するハンダ接合方法をより詳細に説明する。   Hereinafter, the ink-like solder composition according to the present invention and the solder bonding method using the same will be described in more detail.

まず、本発明にかかるインク状のハンダ組成物は、所謂、鉛フリー・ハンダと称される、Sn−Ag系合金ハンダ、Sn−Ag−Cu系合金ハンダをハンダ材料として利用する、金属間のハンダ接合への利用を目的としている。   First, an ink-like solder composition according to the present invention is a so-called lead-free solder, which uses Sn—Ag alloy solder, Sn—Ag—Cu alloy solder as a solder material. It is intended for use in solder bonding.

本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物は、Sn−Ag系合金ハンダをハンダ材料として利用する、金属間のハンダ接合への利用を目的としている。従って、平均粒子径が2〜100nmの錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ならびに、フラックス成分を含み、高沸点の無極性溶媒中に該錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散してなるインク状のハンダ組成物としている。   The ink-like solder composition according to the first aspect of the present invention is intended for use in solder bonding between metals using Sn—Ag alloy solder as a solder material. Accordingly, an ink-like product comprising tin nanoparticles having a mean particle diameter of 2 to 100 nm, silver nanoparticles, and a flux component, and uniformly dispersing the tin nanoparticles and silver nanoparticles in a high-polarity nonpolar solvent. The solder composition.

目的とするSn−Ag系合金ハンダの組成に相当するように、含有される錫ナノ粒子と銀ナノ粒子の混合比率(質量比)WSn:WAg(但し、WSn+WAg=100とする)は、95:5〜99.5:0.5の範囲に選択している。その際、前記の錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択している。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3を考慮すると、比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択すると、錫ナノ粒子1個の質量W1と銀ナノ粒子1個の質量W2の比率 W1:W2は、44.3:1〜693:1の範囲となる。 The mixing ratio (mass ratio) of tin nanoparticles and silver nanoparticles contained, so as to correspond to the composition of the intended Sn—Ag alloy solder, W Sn : W Ag ( WSN + W Ag = 100 ) Is selected in the range of 95: 5 to 99.5: 0.5. At that time, the ratio d1: d2 of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1. When the density of tin (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 and the density of silver (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 are considered, the ratio d1: d2 is in the range of 4: 1 to 10: 1. Is selected, the ratio W1: W2 of the mass W1 of one tin nanoparticle to the mass W2 of one silver nanoparticle is in the range of 44.3: 1 to 693: 1.

例えば、WSn:WAg=95:5の場合、比率d1:d2を、4:1に選択すると、前記の混合比率となる、錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率N1/N2は、43/100となっている。WSn:WAg=99.5:0.5の場合、比率d1:d2を、10:1の範囲に選択すると、前記の混合比率となる、錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率N1/N2は、29/100となっている。記錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率N1/N2を、少なくとも、1/50<N1/N2<5、好ましくは、1/20≦N1/N2≦2、より好ましくは、1/10≦N1/N2≦1となるように、混合比率(質量比)WSn:WAgに応じて、錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲で選択する。 For example, in the case of W Sn : W Ag = 95: 5, when the ratio d1: d2 is selected to be 4: 1, the ratio N1 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver nanoparticles is the mixing ratio described above. / N2 is 43/100. In the case of W Sn : W Ag = 99.5: 0.5, when the ratio d1: d2 is selected in the range of 10: 1, the number of tin nanoparticles N1 and the number of silver nanoparticles are the above-mentioned mixing ratio. The ratio N1 / N2 of N2 is 29/100. The ratio N1 / N2 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver nanoparticles is at least 1/50 <N1 / N2 <5, preferably 1/20 ≦ N1 / N2 ≦ 2, more preferably According to the mixing ratio (mass ratio) W Sn : W Ag so that 1/10 ≦ N1 / N2 ≦ 1, the ratio d1: between the average particle diameter d1 of tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of silver nanoparticles d2 is selected in the range of 4: 1 to 10: 1.

仮に、N1/N2=4と仮定すると、立方格子状に積層されている錫ナノ粒子2×2×2=8個当たり、少なくとも、銀ナノ粒子1個が存在する状態となっている。すなわち、上記のように、混合比率(質量比)WSn:WAgに応じて、錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲で選択すると、均一に混合されている錫ナノ粒子と銀ナノ粒子の混合物中では、局所的に組成比が、目標とする混合比率(質量比)WSn:WAgから、極端にずれた状態となることは回避されている。 Assuming that N1 / N2 = 4, there is at least one silver nanoparticle per 2 × 2 × 2 = 8 tin nanoparticles stacked in a cubic lattice. That is, as described above, according to the mixing ratio (mass ratio) W Sn : W Ag , the ratio d1: d2 of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is set to 4: 1 to 4: 1. When selected in the range of 10: 1, in the mixture of tin nanoparticles and silver nanoparticles that are uniformly mixed, the composition ratio is locally determined from the target mixing ratio (mass ratio) W Sn : W Ag , Extremely misaligned situations are avoided.

さらに、錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択する際、前記の比率を満たす範囲で、錫ナノ粒子の平均粒子径d1を、10〜100nmの範囲に選択し、銀ナノ粒子の平均粒子径d2を、2〜20nmの範囲に選択することがより好ましい。特には、比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択する際、前記の比率を満たす範囲で、錫ナノ粒子の平均粒子径d1を、20〜50nmの範囲に選択し、銀ナノ粒子の平均粒子径d2を、2〜10nmの範囲に選択することがさらに好ましい。   Furthermore, when the ratio d1: d2 of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1, the tin nanoparticle is within a range that satisfies the above ratio. More preferably, the average particle diameter d1 of the particles is selected in the range of 10 to 100 nm, and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 2 to 20 nm. In particular, when the ratio d1: d2 is selected in the range of 4: 1 to 10: 1, the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles is selected in the range of 20 to 50 nm in a range that satisfies the above ratio, More preferably, the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 2 to 10 nm.

一方、分散溶媒の高沸点の無極性溶媒中に、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散する状態とするため、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子の表面には、金属元素に対して、配位的な結合が可能な被覆剤分子による被覆剤分子層を設ける。具体的には、銀ナノ粒子に対しては、末端アミノ基を有するアミン化合物を利用して、被覆剤分子層を設ける。また、錫ナノ粒子に対しても、アミノ基、またはヒドロキシル基を有する化合物を利用して、被覆剤分子層を設ける。   On the other hand, in order to obtain a state in which the tin nanoparticles and silver nanoparticles are uniformly dispersed in the non-polar solvent having a high boiling point of the dispersion solvent, the surface of the tin nanoparticles and silver nanoparticles is arranged with respect to the metal element. A coating molecule layer with coating molecules capable of coordinate bonding is provided. Specifically, for silver nanoparticles, a coating agent molecular layer is provided using an amine compound having a terminal amino group. In addition, a coating agent molecular layer is provided for tin nanoparticles using a compound having an amino group or a hydroxyl group.

この被覆剤分子に利用する末端アミノ基を有するアミン化合物、例えば、アルキルアミンは、銀ナノ粒子の表面に対して、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対を利用して、配位的な結合を行って、緻密な被覆剤分子層を形成している。一方、末端アミノ基を有するアミン化合物、例えば、アルキルアミンは、分散溶媒の高沸点の無極性溶媒に対して、その炭化水素骨格に由来する親和性を有している。従って、末端アミノ基を有するアミン化合物、例えば、アルキルアミンによる被覆剤分子層を具える銀ナノ粒子は、被覆剤分子層に起因する、高沸点の無極性溶媒に対する親和性を利用することで、分散性を有する状態となっている。また、表面が被覆剤分子層で被覆されている状態では、金属表面相互が直接接することは回避されるため、相互に融着した塊を形成する事態も回避されている。銀ナノ粒子に対する被覆剤分子としては、末端アミノ基を有するアミン化合物として、アルキルアミンを用いることが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、好ましくは、C8〜C14の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記C8〜C14の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。   An amine compound having a terminal amino group utilized for this coating agent molecule, for example, an alkylamine, is coordinated to the surface of the silver nanoparticle by utilizing a lone pair on the nitrogen atom of the amino group. To form a dense coating agent molecular layer. On the other hand, an amine compound having a terminal amino group, for example, an alkylamine, has an affinity derived from the hydrocarbon skeleton for a non-polar solvent having a high boiling point as a dispersion solvent. Accordingly, silver nanoparticles having a coating molecular layer with an amine compound having a terminal amino group, for example, an alkylamine, utilize the affinity for a non-polar solvent having a high boiling point due to the coating molecular layer, It is in a state having dispersibility. Further, in the state where the surfaces are coated with the coating agent molecular layer, since the metal surfaces are prevented from contacting each other directly, the situation of forming a mass fused to each other is also avoided. As a coating agent molecule for silver nanoparticles, an alkylamine is preferably used as an amine compound having a terminal amino group. For example, as an alkylamine, the alkyl group is preferably selected in the range of C8 to C14, and has an amino group at the terminal of the alkyl chain. For example, the alkylamine in the range of C8 to C14 has thermal stability and its vapor pressure is not so high, and when it is stored at room temperature or the like, the content rate is maintained and controlled within a desired range. It is preferably used from the viewpoint of handling properties.

同様に、錫ナノ粒子に対しても、アミノ基、またはヒドロキシル基を有する化合物は、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対、あるいは、ヒドロキシル基の酸素原子上の孤立電子対を利用して、配位的な結合を行って、緻密な被覆剤分子層を形成している。一方、アミノ基を有するアミン化合物、例えば、アルキルアミン、あるいは、ヒドロキシル基を有する化合物、例えば、アルキルアルコールは、分散溶媒の高沸点の無極性溶媒に対して、その炭化水素骨格に由来する親和性を有している。従って、アミノ基を有するアミン化合物、例えば、アルキルアミン、あるいは、ヒドロキシル基を有する化合物、例えば、アルキルアルコールによる被覆剤分子層を具える錫ナノ粒子は、被覆剤分子層に起因する、高沸点の無極性溶媒に対する親和性を利用することで、分散性を有する状態となっている。また、表面が被覆剤分子層で被覆されている状態では、金属表面相互が直接接することは回避されるため、相互に融着した塊を形成する事態も回避されている。   Similarly, for tin nanoparticles, a compound having an amino group or a hydroxyl group uses a lone electron pair on the nitrogen atom of the amino group or a lone electron pair on the oxygen atom of the hydroxyl group, Coordinate bonding is performed to form a dense coating molecule layer. On the other hand, an amine compound having an amino group, for example, an alkylamine, or a compound having a hydroxyl group, for example, an alkyl alcohol, has an affinity derived from the hydrocarbon skeleton for a non-polar solvent having a high boiling point as a dispersion solvent. have. Therefore, an amine compound having an amino group, for example, an alkylamine, or a compound having a hydroxyl group, for example, a tin nanoparticle having a coating molecular layer with an alkyl alcohol has a high boiling point due to the coating molecular layer. By using the affinity for nonpolar solvents, it is in a state having dispersibility. Further, in the state where the surfaces are coated with the coating agent molecular layer, since the metal surfaces are prevented from contacting each other directly, the situation of forming a mass fused to each other is also avoided.

錫ナノ粒子に対する被覆剤分子としても、末端アミノ基を有するアミン化合物として、アルキルアミンを用いることが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、好ましくは、C8〜C14の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記C8〜C14の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。   It is preferable to use an alkylamine as an amine compound having a terminal amino group as a coating agent molecule for tin nanoparticles. For example, as an alkylamine, the alkyl group is preferably selected in the range of C8 to C14, and has an amino group at the terminal of the alkyl chain. For example, the alkylamine in the range of C8 to C14 has thermal stability and its vapor pressure is not so high, and when it is stored at room temperature or the like, the content rate is maintained and controlled within a desired range. It is preferably used from the viewpoint of handling properties.

なお、前記の有機溶媒中に安定に分散可能な、表面に被覆剤分子層を具える金属ナノ粒子の製造方法として、特開平3−34211号公報には、ガス中蒸発法を用いて調製される10nm以下の金属微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。また、特開平11−319538号公報などには、還元にアミン化合物を用いる還元析出法を利用して、平均粒子径が数nm〜数10nm程度の金属微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。   In addition, as a method for producing metal nanoparticles that can be stably dispersed in the organic solvent and having a coating molecular layer on the surface, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-34211 is prepared by using a gas evaporation method. In addition, a colloidal dispersion of metal fine particles of 10 nm or less and a method for producing the same are disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-319538 discloses a colloidal dispersion of metal fine particles having an average particle diameter of several nanometers to several tens of nanometers using a reduction precipitation method using an amine compound for reduction, and its production. A method is disclosed.

一方、分散溶媒として利用する高沸点の無極性溶媒には、沸点が200℃〜320℃の範囲の炭化水素系溶剤を選択している。本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物では、錫ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子、ならびに、銀ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子を、錫の融点(232℃)よりも、有意に低い温度T1で加熱することで、該高沸点の無極性溶媒中に溶出させることで、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を沈降させ、接合する対象の金属面上に積層した構造を形成する。また、この加熱処理の過程では、接合する対象の金属面上に残余している、酸化皮膜を、フラックス剤を利用することで除去している。これら液相での反応を行うため、この加熱処理の段階では、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子は、高沸点の無極性溶媒に浸された状態であることが必要である。上記の選択を行うことで、前記の加熱処理の過程に先立ち、分散溶媒が完全に蒸散する状態となることを回避している。沸点が200℃〜320℃の範囲の炭化水素系溶剤として、炭素数が12〜18の範囲の直鎖のアルカン、炭素数が11〜16の範囲の分岐を有するアルカンが好適に利用可能である。前記被覆剤分子の離脱を行う第一の加熱処理の温度T1は、少なくとも、錫の融点(232℃)よりも、有意に低い温度であり、また、目標とするSn−Ag系合金の融点よりも低い温度とすることができる。例えば、第一の加熱処理の温度T1は、180℃〜225℃の範囲に選択することが好ましい。   On the other hand, a hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C. to 320 ° C. is selected as the high boiling nonpolar solvent used as the dispersion solvent. In the ink-like solder composition according to the first aspect of the present invention, the coating molecule that coats the surface of the tin nanoparticles and the coating molecule that coats the surface of the silver nanoparticles are mixed with the melting point of tin (232 ° C.). ), The tin nanoparticles and the silver nanoparticles were precipitated by elution in the non-polar solvent having a high boiling point by heating at a temperature T1 that is significantly lower than that on the metal surfaces to be joined. Form a structure. Moreover, in the process of this heat treatment, the oxide film remaining on the metal surfaces to be joined is removed by using a flux agent. In order to carry out these liquid phase reactions, it is necessary that the tin nanoparticles and the silver nanoparticles are immersed in a high-polarity nonpolar solvent at the stage of the heat treatment. By making the above selection, it is avoided that the dispersion solvent completely evaporates prior to the heat treatment process. As the hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C. to 320 ° C., a linear alkane having a carbon number in the range of 12 to 18 and an alkane having a branch having a carbon number in the range of 11 to 16 can be suitably used. . The temperature T1 of the first heat treatment for releasing the coating agent molecules is at least significantly lower than the melting point of tin (232 ° C.), and more than the melting point of the target Sn—Ag alloy. Also, the temperature can be lowered. For example, the temperature T1 of the first heat treatment is preferably selected in the range of 180 ° C to 225 ° C.

一方、高沸点の無極性溶媒中に含有させるフラックス成分は、金属表面に残留する酸化皮膜を除去するために利用される。また、フラックス成分は、高沸点の無極性溶媒中に溶解した状態で含有させる。勿論、前記の錫の融点(232℃)よりも、有意に低い温度T1で加熱する段階で、大部分が蒸散するものではあってはならない。その条件を満足する、有機酸、一般に、沸点が200℃以上のモノカルボン酸、例えば、炭素数8以上のモノカルボン酸(R−COOH)が好適に利用できる。金属表面に残留する酸化皮膜は、一般に、M(II)Oの形態の金属酸化物で構成されている。この金属酸化物M(II)Oに、モノカルボン酸(R−COOH)が作用すると、まず、下記のような反応によって、カルボン酸の塩基性金属塩が生成される。   On the other hand, the flux component contained in the non-polar solvent having a high boiling point is used for removing the oxide film remaining on the metal surface. Moreover, a flux component is contained in the state melt | dissolved in the nonpolar solvent of a high boiling point. Of course, in the stage of heating at a temperature T1 that is significantly lower than the melting point of tin (232 ° C.), most of it should not evaporate. An organic acid satisfying the conditions, generally a monocarboxylic acid having a boiling point of 200 ° C. or higher, for example, a monocarboxylic acid having 8 or more carbon atoms (R—COOH) can be suitably used. The oxide film remaining on the metal surface is generally composed of a metal oxide in the form of M (II) O. When a monocarboxylic acid (R—COOH) acts on the metal oxide M (II) O, a basic metal salt of a carboxylic acid is first generated by the following reaction.

M(II)O+R−COOH → R−COO-[M2+・OH-

その際、高沸点の無極性溶媒中には、銀ナノ粒子や錫ナノ粒子の被覆剤分子として利用される、アミノ基を有する化合物、例えば、アルキルアミン(R’−NH2)などのアミン化合物が溶解している。このアルキルアミン(R’−NH2)は、金属原子Mに対する配位よりも、金属イオンM2+に対する配位を遥かに起し易い。従って、前記のカルボン酸の塩基性金属塩に対して、アルキルアミン(R’−NH2)が作用して、例えば、下記のようアミン錯体を生成する。
M (II) O + R—COOH → R—COO [M 2+ · OH ]

At that time, in a non-polar solvent having a high boiling point, a compound having an amino group, for example, an amine compound such as an alkylamine (R′—NH 2 ), which is used as a coating molecule for silver nanoparticles or tin nanoparticles. Is dissolved. This alkylamine (R′—NH 2 ) is much easier to cause coordination with the metal ion M 2+ than with the metal atom M. Accordingly, alkylamine (R′—NH 2 ) acts on the basic metal salt of the carboxylic acid to produce an amine complex as described below, for example.

R-COO-[M2+・OH-]+4R'-NH2 → R-COO-[M2+(R'-NH24]OH-
上記のアミン錯体を構成すると、高沸点の無極性溶媒中への溶解がより容易になる。その際、高沸点の無極性溶媒中に溶解している、アルキルアミン(R’−NH2)自体の濃度は低下するため、銀ナノ粒子や錫ナノ粒子の金属表面の金属原子に配位的に結合しているアルキルアミン(R’−NH2)の解離が促進される。
R-COO - [M 2+ · OH -] + 4R'-NH 2 → R-COO - [M 2+ (R'-NH 2) 4] OH -
When the above-mentioned amine complex is constituted, dissolution in a high-polarity nonpolar solvent becomes easier. At that time, since the concentration of the alkylamine (R′—NH 2 ) itself dissolved in the non-polar solvent having a high boiling point is lowered, it is coordinated to the metal atom on the metal surface of the silver nanoparticle or tin nanoparticle. Dissociation of the alkylamine (R′—NH 2 ) bonded to is promoted.

R’−NH2:Ag → R’−NH2 + Ag
R’−NH2:Sn → R’−NH2 + Sn

例えば、接合すべき金属面が、銅パッド面である際には、この銅パッド表面は、予め、2.5N硫酸で洗浄すると、自然酸化膜は、除去されており、表面には、殆ど酸化皮膜は存在しない状態となっている。一方の接合対象である、電子部品のハンダ接合用の端子電極面に施されている錫メッキ膜の表面は、酸化錫SnO型の酸化皮膜が存在している。また、端子電極面に、銅メッキ膜、あるいは、銀/パラジウムメッキ膜が形成されている場合、一分子層程度の酸化皮膜が存在するのみである。従って、フラックス成分としては、沸点が200℃以上のモノカルボン酸、例えば、ロジン(アビエチン酸)や水添ロジンを利用することで、十分に、酸化皮膜の除去効果が達成できる。なお、フラックス成分の含有量は、高沸点の無極性溶媒中における濃度が、前記のフラックス処理が適正に進行する範囲となるように選択する。例えば、ロジン(アビエチン酸)や水添ロジンを利用する際には、高沸点の無極性溶媒100質量部当たり、1〜2質量部の範囲に選択することが好ましい。
R′—NH 2 : Ag → R′—NH 2 + Ag
R′—NH 2 : Sn → R′—NH 2 + Sn

For example, when the metal surface to be bonded is a copper pad surface, the natural oxide film is removed by washing the surface of the copper pad with 2.5 N sulfuric acid in advance, and the surface is almost oxidized. The film is not present. A tin oxide SnO type oxide film is present on the surface of the tin plating film applied to the soldering terminal electrode surface of the electronic component, which is one of the bonding objects. Further, when a copper plating film or a silver / palladium plating film is formed on the terminal electrode surface, only an oxide film of about one molecular layer exists. Therefore, the use of a monocarboxylic acid having a boiling point of 200 ° C. or higher, such as rosin (abietic acid) or hydrogenated rosin, as the flux component can sufficiently achieve the effect of removing the oxide film. The content of the flux component is selected so that the concentration in the non-polar solvent having a high boiling point is within a range in which the above-described flux treatment properly proceeds. For example, when rosin (abietic acid) or hydrogenated rosin is used, it is preferably selected within the range of 1 to 2 parts by mass per 100 parts by mass of the high boiling nonpolar solvent.

銀ナノ粒子と錫ナノ粒子の合計と、高沸点の無極性溶媒との配合比率は、作製されるハンダ組成物の液粘度を決定する。勿論、高沸点の無極性溶媒自体の液粘度にも依存するが、インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子と、分散溶媒の体積比率は、1:70〜1:140の範囲に選択することが好ましい。その際、本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物では、該インク状のハンダ組成物の液粘度は、少なくとも、50mPa・s(20℃)以下、通常、5 mPa・s〜30 mPa・s(20℃)の範囲に選択されていることが好ましい。実際には、液粘度が前記の範囲となるように、高沸点の無極性溶媒の配合比率を、前記の範囲内で調節する。   The blending ratio of the total of silver nanoparticles and tin nanoparticles and the high-polarity nonpolar solvent determines the liquid viscosity of the solder composition to be produced. Of course, depending on the liquid viscosity of the non-polar solvent having a high boiling point, the volume ratio of the tin nanoparticles to the silver nanoparticles and the dispersion solvent in the ink-like solder composition is 1:70 to 1: 140. It is preferable to select the range. In that case, in the ink-like solder composition according to the first embodiment of the present invention, the liquid viscosity of the ink-like solder composition is at least 50 mPa · s (20 ° C.) or less, usually 5 mPa · s to It is preferably selected in the range of 30 mPa · s (20 ° C.). Actually, the blending ratio of the non-polar solvent having a high boiling point is adjusted within the above range so that the liquid viscosity is within the above range.

本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物を利用する際には、錫の融点(232℃)よりも、有意に低い温度T1で加熱する、第一の加熱処理工程において、上述する促進過程を利用して、被覆剤分子を該高沸点の無極性溶媒中に溶出させることで、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を沈降させ、接合する対象の金属面上に積層した構造を形成する。その結果、接合する対象の金属面上に積層した錫ナノ粒子と銀ナノ粒子は、清浄な金属面上において、金属面との間で界面融合を引き起こし固着される。また、積層構造を形成している、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子は、相互に金属表面が接する状態となり、相互に融着を引き起こし、全体として、金属ナノ粒子で構成される低温焼結体層と一旦構成する。また、この積層構造の上面に接する、他方の金属面との間でも、金属面との間で界面融合を引き起こし、部分的な固着かなされる。高沸点の無極性溶媒との配合比率が相対的に高いため、この段階で形成される低温焼結体層は、相対的に金属成分の示す密度は低い状態に留まっている。   In using the ink-like solder composition according to the first aspect of the present invention, in the first heat treatment step in which heating is performed at a temperature T1 that is significantly lower than the melting point (232 ° C.) of tin, By elution of the coating molecules into the non-polar solvent with a high boiling point by using the accelerating process, the tin nanoparticles and the silver nanoparticles are precipitated to form a layered structure on the metal surfaces to be joined. To do. As a result, the tin nanoparticles and the silver nanoparticles stacked on the metal surfaces to be bonded are bonded to each other on the clean metal surface by causing interfacial fusion. In addition, the tin nanoparticles and silver nanoparticles forming the laminated structure are in a state where the metal surfaces are in contact with each other, causing mutual fusion, and the low-temperature sintered body layer composed of metal nanoparticles as a whole. And once configured. Further, even with the other metal surface in contact with the upper surface of the laminated structure, interfacial fusion is caused between the metal surface and partial adhesion is achieved. Since the blending ratio with the non-polar solvent having a high boiling point is relatively high, the low-temperature sintered body layer formed at this stage remains relatively low in density indicated by the metal component.

本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物の利用する場合、さらに、第二の加熱処理工程として、引き続いて、錫の融点(232℃)よりも高い温度T2に加熱することで、金属ナノ粒子で構成される低温焼結体層中に含まれる錫ナノ粒子の熔融を進めると、その錫ナノ粒子と融着している銀ナノ粒子との間で合金化が進行し、全体的に目的とする組成のSn−Ag系合金が熔融した状態となる。その際、残余しているフラックス剤が存在している状態で、下側の清浄な金属面、上側の清浄な金属面の双方に濡れ拡がり、両者をSn−Ag系合金によるハンダ接合がなされた状態となる。この第二の加熱処理工程の温度T2は、従来のSn−Ag系合金によるハンダ接合を実施する温度を選択する。従って、第二の加熱処理の温度T2は、240℃〜280℃の範囲に選択することが好ましい。第二の加熱処理工程が完了した段階で、Sn−Ag系合金によるハンダ接合部分の層厚は、3μm〜20μmの範囲、好ましくは、5μm〜15μmの範囲となるように、本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物の塗布膜厚を、30μm〜200μmの範囲、好ましくは、50μm〜150μmの範囲に選択することが望ましい。   When the ink-like solder composition according to the first embodiment of the present invention is used, as a second heat treatment step, it is subsequently heated to a temperature T2 higher than the melting point of tin (232 ° C.). In addition, when the tin nanoparticles contained in the low-temperature sintered body layer composed of metal nanoparticles are melted, alloying proceeds between the tin nanoparticles and the fused silver nanoparticles. Thus, the Sn—Ag alloy having the intended composition is melted. At that time, in the state in which the remaining flux agent is present, both the lower and upper clean metal surfaces wet and spread, and both are soldered with an Sn-Ag alloy. It becomes a state. As the temperature T2 in the second heat treatment step, a temperature at which solder bonding with a conventional Sn-Ag alloy is performed is selected. Therefore, it is preferable to select the temperature T2 of the second heat treatment in the range of 240 ° C to 280 ° C. When the second heat treatment step is completed, the first thickness of the present invention is such that the layer thickness of the solder joint portion of the Sn-Ag alloy is in the range of 3 μm to 20 μm, preferably in the range of 5 μm to 15 μm. It is desirable to select the coating thickness of the ink-like solder composition according to the embodiment in the range of 30 μm to 200 μm, preferably in the range of 50 μm to 150 μm.

なお、本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物を利用して、ハンダ接合を形成する対象としては、配線基板上の設けるハンダ接合用のパッドと、そのパッド上にハンダ接合により実装される電子部品のハンダ接合用の端子が挙げられる。ハンダ接合用のパッドとしては、銅パッド、銅パッドの表面に、ハンダ濡れ性を向上する目的で、錫メッキ膜を形成しているもの、あるいは、ニッケル/金メッキ膜を形成しているものの何れにも、適用できる。一方、電子部品のハンダ接合用の端子としては、ハンダ濡れ性を向上する目的で、錫メッキ膜を形成しているもの、あるいは、銅メッキ膜を形成しているもの、銀/パラジウムメッキを施しているものの何れにも、適用できる。   In addition, by using the ink-like solder composition according to the first embodiment of the present invention, solder bonding is performed by solder bonding pads provided on a wiring board and solder bonding on the pads. A terminal for solder joining of electronic components to be mounted can be mentioned. As a solder bonding pad, either a copper pad or a copper pad surface on which a tin plating film is formed or a nickel / gold plating film is formed for the purpose of improving solder wettability. Is also applicable. On the other hand, as a terminal for soldering of electronic parts, for the purpose of improving solder wettability, a tin plating film, a copper plating film, or silver / palladium plating is applied. It can be applied to any of these.

次に、本発明の第二の形態にかかるインク状のハンダ組成物は、Sn−Ag−Cu系合金ハンダをハンダ材料として利用する、金属間のハンダ接合への利用を目的としている。従って、平均粒子径が2〜100nmの錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、有機酸銅塩、ならびに、フラックス成分を含み、高沸点の無極性溶媒中に該錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散してなるインク状のハンダ組成物としている。   Next, the ink-like solder composition according to the second aspect of the present invention is intended for use in solder bonding between metals using Sn—Ag—Cu alloy solder as a solder material. Therefore, it contains tin nanoparticles, silver nanoparticles, organic acid copper salts, and flux components with an average particle diameter of 2 to 100 nm, and the tin nanoparticles and silver nanoparticles are uniformly dispersed in a high boiling nonpolar solvent. An ink-like solder composition is obtained.

目的とするSn−Ag−Cu系合金ハンダの組成に相当するように、含有される錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、有機酸銅塩中に含有される銅の配合比率WSn:WAg:WCu(但し、WSn+WAg+WCu=100とする)は、
Snを、95〜99.5の範囲に、
Agを、5〜0.5の範囲に、
Cuを、0.7〜0.1の範囲に選択している。その際、前記の錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択している。
The compounding ratio W Sn : W Ag : W of the copper contained in the tin nanoparticles, silver nanoparticles, and organic acid copper salt contained so as to correspond to the composition of the target Sn—Ag—Cu alloy solder. Cu (however, W Sn + W Ag + W Cu = 100) is
W Sn in the range of 95-99.5,
W Ag in the range of 5-0.5,
W Cu is selected in the range of 0.7 to 0.1. At that time, the ratio d1: d2 of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1.

実際には、銅成分として添加される有機酸銅塩を除くと、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ならびに、フラックス成分、高沸点の無極性溶媒に関しては、上記の本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物の実質的に同じ構成となっている。従って、上記の本発明の第一の形態にかかるインク状のハンダ組成物において、好適な形態は、本発明の第二の形態にかかるインク状のハンダ組成物においても、同様に好適な形態となっている。   Actually, except for the organic acid copper salt added as a copper component, the tin nanoparticle, the silver nanoparticle, the flux component, and the high-polarity nonpolar solvent are in the first form of the present invention. Such an ink-like solder composition has substantially the same configuration. Accordingly, in the ink-like solder composition according to the first aspect of the present invention, the preferred form is the same as the preferred form in the ink-like solder composition according to the second aspect of the invention. It has become.

Sn−Ag−Cu系合金ハンダの組成を構成する際、銅に関しては、銅ナノ粒子に代えて、有機酸銅塩を添加している。第一の加熱処理工程の際、下記の置換析出過程により、Snナノ粒子表面において、有機酸銅塩から選択的に銅原子を析出させたものを利用している。例えば、有機酸銅塩として、モノカルボン酸の銅塩:(R”COO)2Cuを使用すると、高沸点の無極性溶媒中では、二量体型の該モノカルボン酸の銅塩:[(R”COO)2Cu:Cu(R”COO)2]として溶解している。加熱すると、前記二量体から解離するモノカルボン酸の銅塩:(R”COO)2Cuは、下記の過程を経て、Snナノ粒子表面に析出する。
[(R"COO)2Cu:Cu(R"COO)2] → 2(R”COO-2Cu2+
(R”COO-2Cu2++Sn → Cu+(R”COO-2Sn2+
(R"COO-2Sn2++4R'-NH2 → (R"COO-2[Sn2+(R'-NH24

Snナノ粒子表面に析出する銅原子は、表面拡散により凝集する結果、Snナノ粒子表面に銅の被覆層を構成する。同時に、加熱に伴って、相互拡散も進行し、Snナノ粒子表面は、部分的な拡散領域を有する銅の被覆層が形成される。
When composing the composition of the Sn—Ag—Cu-based alloy solder, regarding the copper, an organic acid copper salt is added instead of the copper nanoparticles. In the first heat treatment step, a material in which copper atoms are selectively precipitated from an organic acid copper salt on the surface of the Sn nanoparticles by the following substitution deposition process is used. For example, when a copper salt of a monocarboxylic acid: (R ″ COO) 2 Cu is used as the organic acid copper salt, the dimeric copper salt of the monocarboxylic acid: [(R "COO) 2 Cu: Cu (R" COO) 2 ]. When heated, the monocarboxylic acid copper salt dissociated from the dimer: (R "COO) 2 Cu has the following process: Then, it precipitates on the Sn nanoparticle surface.
[(R "COO) 2 Cu : Cu (R" COO) 2] → 2 (R "COO -) 2 Cu 2+
(R ″ COO ) 2 Cu 2+ + Sn → Cu + (R ″ COO ) 2 Sn 2+
(R "COO -) 2 Sn 2+ + 4R'-NH 2 → (R" COO -) 2 [Sn 2+ (R'-NH 2) 4]

As a result of the copper atoms precipitated on the surface of the Sn nanoparticles being aggregated by surface diffusion, a copper coating layer is formed on the surface of the Sn nanoparticles. At the same time, interdiffusion also proceeds with heating, and a copper coating layer having a partial diffusion region is formed on the Sn nanoparticle surface.

上記の過程で利用される有機酸銅塩としては、高沸点の無極性溶媒に対して、十分な溶解性を具えるモノカルボン酸の銅塩:(R”COO)2Cuは好ましく、例えば、炭素数7〜14のモノカルボン酸の銅塩を利用することが好ましい。特に、置換析出過程により副生する、モノカルボン酸の錫塩:(R”COO)2Snが、高沸点の無極性溶媒中に速やかに溶出可能であることが好ましい。その観点では、ロジンの銅塩、ナフテン酸の銅塩などの利用が好適である。 The organic acid copper salt utilized in the above process is preferably a monocarboxylic acid copper salt: (R ″ COO) 2 Cu having sufficient solubility in a high-polarity nonpolar solvent, for example, It is preferable to use a copper salt of a monocarboxylic acid having 7 to 14 carbon atoms, in particular, a tin salt of a monocarboxylic acid: (R ″ COO) 2 Sn produced as a by-product in the substitution precipitation process is a non-polarity having a high boiling point. It is preferable that it can be quickly eluted in a solvent. From this point of view, it is preferable to use a copper salt of rosin, a copper salt of naphthenic acid, or the like.

なお、本発明の第二の形態にかかるインク状のハンダ組成物中に含有される有機酸銅塩は、加熱によって、二量体型から解離し、単量体となるが、無極性溶媒中では、単量体の溶解性は高くないため、被覆剤分子層が除去された錫ナノ粒子の表面の錫原子に対して、(R”COO)2Cu:Snの形態で選択的に吸着する。その上で、上記の過程を経て、置換析出がなされる。なお、錫メッキ膜の表面でも、同様の置換析出が進行するが、錫金属が露呈している表面積の総和は、錫ナノ粒子の表面積の総和が桁違いに大きいため、錫メッキ膜の表面への析出は、無視できる量である。 The organic acid copper salt contained in the ink-like solder composition according to the second embodiment of the present invention is dissociated from the dimer type by heating and becomes a monomer, but in a nonpolar solvent, Since the solubility of the monomer is not high, it selectively adsorbs in the form of (R ″ COO) 2 Cu: Sn to the tin atoms on the surface of the tin nanoparticles from which the coating agent molecular layer has been removed. In addition, substitution deposition is performed through the above-described process, although the same substitution deposition proceeds on the surface of the tin plating film, but the total surface area exposed to the tin metal is the same as that of the tin nanoparticles. Since the total surface area is orders of magnitude larger, the amount of precipitation on the surface of the tin plating film is negligible.

特に、被覆剤分子層で表面が保護されている錫ナノ粒子を利用しているので、被覆剤分子層を除去した時点で、その表面は、酸化皮膜が存在しない状態となっている。そのため、有機酸銅塩の置換析出が効果的に進行し、配合されている有機酸銅塩の概ね全量を、錫ナノ粒子の表面に置換析出させることが可能である。   In particular, since tin nanoparticles whose surface is protected by the coating agent molecular layer are used, when the coating agent molecular layer is removed, the surface is in a state where no oxide film exists. Therefore, substitution precipitation of the organic acid copper salt proceeds effectively, and it is possible to substitute and deposit almost the entire amount of the mixed organic acid copper salt on the surface of the tin nanoparticles.

従って、第一の加熱処理工程では、表面に銅の被覆層が形成された錫ナノ粒子と、銀ナノ粒子とで形成される低温焼結体層を介して、接合対象の金属面間が固着された状態となる。さらに、第二の加熱処理工程として、引き続いて、錫の融点(232℃)よりも高い温度T2に加熱することで、金属ナノ粒子で構成される低温焼結体層中に含まれる錫ナノ粒子の熔融を進めると、その表面に銅の被覆層が形成された錫ナノ粒子と融着している銀ナノ粒子との間で合金化が進行し、全体的に目的とする組成のSn−Ag−Cu系合金が熔融した状態となる。その際、残余しているフラックス剤が存在している状態で、下側の清浄な金属面、上側の清浄な金属面の双方に濡れ拡がり、両者をSn−Ag−Cu系合金によるハンダ接合がなされた状態となる。この第二の加熱処理工程の温度T2は、従来のSn−Ag−Cu系合金によるハンダ接合を実施する温度を選択する。従って、第二の加熱処理の温度T2は、240℃〜280℃の範囲に選択することが好ましい。第二の加熱処理工程が完了した段階で、Sn−Ag−Cu系合金によるハンダ接合部分の層厚は、3μm〜20μmの範囲、好ましくは、5μm〜15μmの範囲となるように、本発明の第二の形態にかかるインク状のハンダ組成物の塗布膜厚を、30μm〜200μmの範囲、好ましくは、50μm〜150μmの範囲に選択することが望ましい。

以上に説明したように、本発明のインク状のハンダ組成物は、均一な塗布膜厚で金属面上に塗布した後、他方の金属面をその上面に接触させた状態で、第一の加熱処理を施すことで、両金属面間を錫ナノ粒子と、銀ナノ粒子とで形成される低温焼結体層を介して、一旦、固着された状態としている。さらに、その後、第二の加熱処理工程を施すことで、錫ナノ粒子と、銀ナノ粒子とで形成される低温焼結体層中の錫ナノ粒子の熔融を進めると、全体が目的とする組成のSn−Ag系合金、Sn−Ag−Cu系合金に速やかに合金化され、接合面全体に良好なハンダ接合が達成される。特に、第一の加熱処理工程の段階で、インク状のハンダ組成物と接触する金属面は、配合されているフラックス成分が作用するため、供に、清浄な表面となっている。その結果、第二の加熱処理によりハンダ接合が形成される際には、界面には、全く酸化皮膜が残留してなく、極めて、高い接合強度が達成される。
Therefore, in the first heat treatment step, the metal surfaces to be joined are fixed through a low-temperature sintered body layer formed of tin nanoparticles having a copper coating layer formed on the surface and silver nanoparticles. It will be in the state. Furthermore, as a second heat treatment step, the tin nanoparticles contained in the low-temperature sintered body layer composed of metal nanoparticles are subsequently heated to a temperature T2 higher than the melting point of tin (232 ° C.). As the melting of the alloy proceeds, alloying proceeds between the tin nanoparticles having a copper coating layer formed on the surface thereof and the fused silver nanoparticles, and Sn-Ag having a target composition as a whole. -Cu alloy is melted. At that time, in the state where the remaining flux agent is present, both the lower clean metal surface and the upper clean metal surface wet and spread, and both are joined by soldering with an Sn—Ag—Cu alloy. It is done. The temperature T2 in the second heat treatment step is selected as a temperature at which solder bonding with a conventional Sn—Ag—Cu alloy is performed. Therefore, it is preferable to select the temperature T2 of the second heat treatment in the range of 240 ° C to 280 ° C. When the second heat treatment step is completed, the layer thickness of the solder joint portion of the Sn—Ag—Cu-based alloy is in the range of 3 μm to 20 μm, preferably in the range of 5 μm to 15 μm. The coating thickness of the ink-like solder composition according to the second embodiment is preferably selected in the range of 30 μm to 200 μm, and preferably in the range of 50 μm to 150 μm.

As described above, the ink-like solder composition of the present invention is applied on the metal surface with a uniform coating thickness, and then the first heating is performed with the other metal surface in contact with the upper surface. By performing the treatment, the space between the two metal surfaces is once fixed through a low-temperature sintered body layer formed of tin nanoparticles and silver nanoparticles. Furthermore, after the second heat treatment step is performed, when the melting of the tin nanoparticles in the low-temperature sintered body layer formed of the tin nanoparticles and the silver nanoparticles is promoted, the entire target composition The alloy is rapidly alloyed into the Sn—Ag-based alloy and the Sn—Ag—Cu-based alloy, and good solder bonding is achieved on the entire bonding surface. In particular, the metal surface that comes into contact with the ink-like solder composition at the stage of the first heat treatment step has a clean surface because the blended flux component acts. As a result, when solder bonding is formed by the second heat treatment, no oxide film remains at the interface, and extremely high bonding strength is achieved.

以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。これらの実施例は、本発明にかか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。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. These examples are examples of the best mode according to the present invention, but the present invention is not limited by these examples.

(実施例1)
錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ロジン銅塩、およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でインク状のハンダ組成物を調製する。
Example 1
Hydrogenated rosin is added as a tin nanoparticle, silver nanoparticle, rosin copper salt, and flux component, and an ink-like solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。銀ナノ粒子の原料として、ドデシルアミン(分子量185.36、融点28.3℃、沸点248℃、比重d4 40=0.7841)7質量部をトルエン 58質量部中に溶解した分散溶媒中に、平均粒子径3nmの銀ナノ粒子 35質量部を分散している、市販されている銀ナノ粒子分散液(商品名:独立分散超微粒子Ag1T 真空冶金製)を使用している。該銀ナノ粒子分散液中では、アルキルアミンである、ドデシルアミンがアミノ基の窒素原子上に存在する孤立電子対を利用して、銀原子に対する配位的な結合を介して、銀ナノ粒子表面に被覆分子層を形成している。従って、表面に被覆分子層を形成するドデシルアミンを分散剤として、分散溶媒中に、銀ナノ粒子は均一に分散されている。ロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)の原料には、ロジン銅塩のトルエン溶液(濃度20wt%、銅含有量1.91wt%)を利用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. As a raw material for silver nanoparticles, in a dispersion solvent in which 7 parts by mass of dodecylamine (molecular weight 185.36, melting point 28.3 ° C., boiling point 248 ° C., specific gravity d 4 40 = 0.7841) was dissolved in 58 parts by mass of toluene. A commercially available silver nanoparticle dispersion (trade name: Independently Dispersed Ultrafine Particles Ag1T manufactured by Vacuum Metallurgy) in which 35 parts by mass of silver nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm are dispersed is used. In the silver nanoparticle dispersion liquid, the surface of the silver nanoparticle is formed via a coordinated bond to the silver atom using a lone electron pair in which dodecylamine, which is an alkylamine, is present on the nitrogen atom of the amino group. A covering molecular layer is formed on the substrate. Therefore, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in the dispersion solvent using dodecylamine forming a coating molecular layer on the surface as a dispersant. As a raw material of rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid), a toluene solution of rosin copper salt (concentration 20 wt%, copper content 1.91 wt%) is used.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、水添ロジン22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Further, as a raw material for hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a fluxing agent, a 22.9% by mass hydrogenated rosin toluene solution is used.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)30質量部、銀超微粒子分散液Ag1T(Ag40.2wt%含有)0.22質量部、ロジン銅塩のトルエン溶液(濃度20wt%、銅含有量1.91wt%)0.80質量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)1.67質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子3質量部当たり、銀ナノ粒子0.09質量部、ドデシルアミン0.016質量部、水添ロジン0.38質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 30 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), 0.22 parts by mass of silver ultrafine particle dispersion Ag1T (containing Ag40.2 wt%), a toluene solution of rosin copper salt (concentration 20 wt%) %, Copper content 1.91 wt%) 0.80 parts by mass, toluene solution of hydrogenated rosin (concentration 22.9 wt%) 1.67 parts by mass, mixed and stirred at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The mixture after the solvent removal contains 0.09 parts by mass of silver nanoparticles, 0.016 parts by mass of dodecylamine, and 0.38 parts by mass of hydrogenated rosin per 3 parts by mass of tin nanoparticles.

この脱溶剤後の混合物 3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。 As a dispersion solvent, 3.14 parts by mass of the mixture after desolvation, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd.) is added in an amount of 27.3 parts by mass. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)10mPa・sの高流動性組成物であり、均一な黒色のインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ロジン銅塩中の銅の配合比率:WSn:WAg:WCuは、96.5:3:0.5であり、Sn−Ag−Cu合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag−Cu合金の融点は、219℃である。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3、錫ナノ粒子の平均粒子径d1=42nmと銀ナノ粒子の平均粒子径d2=3nmの比率d1:d2=42:3を考慮すると、錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率:N1:N2は、18:1060と見積もられる。インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子と、分散溶媒の体積比率は、0.4:35である。

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品をハンダ接合した。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、インクジェット装置を用いて、インク状のハンダ組成物をインクジェット印刷する。印刷されたインク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約100μmであった。
The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 10 mPa · s, and is a uniform black ink-like solder composition. In the solder composition, the mixing ratio of tin nanoparticles, silver nanoparticles, copper in the rosin copper salt: W Sn : W Ag : W Cu is 96.5: 3: 0.5, Sn—Ag -The ratio is suitable for Cu alloy solder. The melting point of the Sn—Ag—Cu alloy at this ratio is 219 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C. Tin density (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 , Silver density (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 , average particle diameter of tin nanoparticles d1 = 42 nm and average particle diameter of silver nanoparticles Considering the ratio d1: d2 = 42: 3 of d2 = 3 nm, the ratio N1: N2 of the number N1 of tin nanoparticles to the number N2 of silver nanoparticles is estimated to be 18: 1060. In the ink-like solder composition, the volume ratio of the tin nanoparticles, the silver nanoparticles, and the dispersion solvent is 0.4: 35.

Using the produced ink-like solder composition, a 3216 chip component having a Sn plating electrode was soldered onto a copper pad on the substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is inkjet printed on the copper pad surface using an inkjet apparatus. The coating thickness of the printed ink-like solder composition was about 100 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、5分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。同時に、この加熱処理に伴って、銀ナノ粒子表面の被覆分子層を構成するドデシルアミンの離脱がなされる。加えて、溶解しているロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)は、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子の表面において、下記の置換型還元反応によって、金属錫表面に銅原子を析出させる。錫ナノ粒子の金属錫表面に析出する銅原子は、一旦、錫ナノ粒子表面を覆う被膜層を構成する。   On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 5 minutes, and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. At the same time, with this heat treatment, dodecylamine constituting the coating molecular layer on the surface of the silver nanoparticles is released. In addition, the dissolved rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid) deposits copper atoms on the surface of tin metal by the following substitutional reduction reaction on the surface of tin nanoparticles without surface oxide film. Let The copper atoms deposited on the metal tin surface of the tin nanoparticles once constitute a coating layer covering the surface of the tin nanoparticles.

[(C19H29COO)2Cu:Cu(OOCH29C192]→2(C1929COO-2Cu2+
(C1929COO-2Cu2++Sn → Cu+(C1929COO-2Sn2+

結果的に、清浄な表面を示す銅パッド上に、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子と、銀ナノ粒子が沈積して、緻密に積層した状態となる。錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互が金属面を接する部位では、融着が進行し、また、銅パッド表面と接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、銅表面との接触部位では、同じく融着が進行する。特に、その表面の銅原子の被膜層が生成している錫ナノ粒子と、銅表面との接触部位では、より密な融着が進行する。一方、インク状のハンダ組成物の塗布膜上に載せられている、3216チップ部品のSnメッキ電極の表面も、清浄な金属面が露呈された状態となる。分散溶媒のテトラデカンが蒸散すると、緻密に積層した状態の錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層の上面に、Snメッキ電極の表面が密に接する状態となる。このSnメッキ電極の表面に接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、錫メッキ表面との接触部位では、同じく融着が進行する。
[(C 19 H 29 COO) 2 Cu: Cu (OOCH 29 C 19 ) 2 ] → 2 (C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+
(C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+ + Sn → Cu + (C 19 H 29 COO ) 2 Sn 2+

As a result, tin nanoparticles having no surface oxide film and silver nanoparticles are deposited on a copper pad showing a clean surface, resulting in a densely laminated state. At the site where the tin nanoparticles and silver nanoparticles are in contact with each other on the metal surface, the fusion proceeds. Also, the tin nanoparticles and silver nanoparticles that are in contact with the copper pad surface are also fused at the site of contact with the copper surface. proceed. In particular, denser fusion proceeds at a contact portion between the surface of the copper nanoparticles and a tin nanoparticle formed with a copper atom coating layer on the surface. On the other hand, the surface of the Sn plating electrode of the 3216 chip component placed on the coating film of the ink-like solder composition is also in a state where a clean metal surface is exposed. When tetradecane as a dispersion solvent evaporates, the surface of the Sn plating electrode comes into close contact with the upper surface of the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles in a densely stacked state. The fusion of the tin nanoparticles and silver nanoparticles in contact with the surface of the Sn plating electrode similarly proceeds at the contact site with the tin plating surface.

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子、銅原子の被覆層が有する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層において、金属錫の融点を超える結果、全体に融解が進み、合金化が進行する。従って、生成するSn−Ag−Cu合金によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態が達成され、ハンダ接合がなされる。この段階において、ハンダ接合部位における、Sn−Ag−Cu合金層の層厚は、10μmに相当している。   Next, in a heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, in the mixture layer of the tin nanoparticles that have already been mutually fused, the tin nanoparticles that the copper atom coating layer has, and the silver nanoparticles, As a result of exceeding the melting point, melting progresses as a whole and alloying progresses. Therefore, a state in which the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wetted by the Sn—Ag—Cu alloy to be generated is achieved, and solder bonding is performed. At this stage, the layer thickness of the Sn—Ag—Cu alloy layer at the solder joint portion corresponds to 10 μm.

このハンダ接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、50Nの高強度を示した。さらに、200℃において、ダイシェア強度を測定すると、38Nであり、十分に高い接合強度を維持している。 When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition that the area size of the solder joint portion was 0.8 mm 2 , it showed a high strength of 50 N at room temperature. Furthermore, when the die shear strength is measured at 200 ° C., it is 38 N, and a sufficiently high bonding strength is maintained.

(実施例2)
錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ロジン銅塩およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でインク状のハンダ組成物を調製する。
(Example 2)
Hydrogenated rosin is added as a tin nanoparticle, silver nanoparticle, rosin copper salt and a flux component, and an ink-like solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。銀ナノ粒子の原料として、ドデシルアミン(分子量185.36、融点28.3℃、沸点248℃、比重d4 40=0.7841)7質量部をトルエン 52.8質量部中に溶解した分散溶媒中に、平均粒子径10nmの銀ナノ粒子 40.2質量部を分散している、市販されている銀ナノ粒子分散液(商品名:独立分散超微粒子Ag1T 真空冶金製)を使用している。該銀ナノ粒子分散液中では、アルキルアミンである、ドデシルアミンがアミノ基の窒素原子上に存在する孤立電子対を利用して、銀原子に対する配位的な結合を介して、銀ナノ粒子表面に被覆分子層を形成している。従って、表面に被覆分子層を形成するドデシルアミンを分散剤として、分散溶媒中に、銀ナノ粒子は均一に分散されている。ロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)の原料には、ロジン銅塩のトルエン溶液(濃度20wt%、銅含有量1.91wt%)を利用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. Dispersing solvent in which 7 parts by mass of dodecylamine (molecular weight: 185.36, melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C., specific gravity d 4 40 = 0.7841) was dissolved in 52.8 parts by mass of toluene as a raw material for silver nanoparticles A commercially available silver nanoparticle dispersion (trade name: independently dispersed ultrafine particles Ag1T manufactured by vacuum metallurgy) in which 40.2 parts by mass of silver nanoparticles having an average particle diameter of 10 nm are dispersed is used. In the silver nanoparticle dispersion liquid, the surface of the silver nanoparticle is formed via a coordinated bond to the silver atom using a lone electron pair in which dodecylamine, which is an alkylamine, is present on the nitrogen atom of the amino group. A covering molecular layer is formed on the substrate. Therefore, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in the dispersion solvent using dodecylamine forming a coating molecular layer on the surface as a dispersant. As a raw material of rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid), a toluene solution of rosin copper salt (concentration 20 wt%, copper content 1.91 wt%) is used.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、水添ロジン22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Further, as a raw material for hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a fluxing agent, a 22.9% by mass hydrogenated rosin toluene solution is used.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、銀超微粒子分散液Ag1T(Ag40.2wt%含有)0.773質量部、ロジン銅塩のトルエン溶液(濃度20wt%、銅含有量1.91wt%)2.71質量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)5.59質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、銀ナノ粒子0.311質量部、ロジン銅塩(銅含有量換算)0.0518質量部、ドデシルアミン0.054質量部、水添ロジン1.28質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), 0.773 parts by mass of silver ultrafine particle dispersion Ag1T (containing Ag40.2 wt%), a toluene solution of rosin copper salt (concentration 20 wt%) %, Copper content 1.91 wt%) 2.71 parts by mass, hydrogenated rosin in toluene solution (concentration 22.9 wt%) 5.59 parts by mass, mixed and stirred at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The solvent-removed mixture is 0.311 parts by mass of silver nanoparticles, 0.0518 parts by mass of rosin copper salt (in terms of copper content), 0.054 parts by mass of dodecylamine, hydrogenated per 10 parts by mass of tin nanoparticles. 1.28 parts by mass of rosin are included.

この脱溶剤後の混合物 3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。 As a dispersion solvent, 3.14 parts by mass of the mixture after desolvation, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd.) is added in an amount of 27.3 parts by mass. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)15mPa・sの高流動性組成物であり、均一な黒色のインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ロジン銅塩中の銅の配合比率:WSn:WAg:WCuは、96.5:3:0.5であり、Sn−Ag−Cu合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag−Cu合金の融点は、219℃である。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3、錫ナノ粒子の平均粒子径d1=42nmと銀ナノ粒子の平均粒子径d2=10nmの比率d1:d2=42:10を考慮すると、錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率:N1:N2は、18:29と見積もられる。インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ならびに、ロジン銅塩由来の銅の合計と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。 The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 15 mPa · s, and is a uniform black ink-like solder composition. In the solder composition, the mixing ratio of tin nanoparticles, silver nanoparticles, copper in the rosin copper salt: W Sn : W Ag : W Cu is 96.5: 3: 0.5, Sn—Ag -The ratio is suitable for Cu alloy solder. The melting point of the Sn—Ag—Cu alloy at this ratio is 219 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C. Tin density (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 , Silver density (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 , average particle diameter of tin nanoparticles d1 = 42 nm and average particle diameter of silver nanoparticles Considering the ratio d1: d2 = 42: 10 of d2 = 10 nm, the ratio N1: N2 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver nanoparticles is estimated to be 18:29. In the ink-like solder composition, the volume ratio of the total of tin nanoparticles, silver nanoparticles, and copper derived from the rosin copper salt to the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品をハンダ接合した。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、インクジェット装置を用いて、インク状のハンダ組成物をインクジェット印刷する。印刷されたインク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約100μmであった。   Using the produced ink-like solder composition, a 3216 chip component having a Sn plating electrode was soldered onto a copper pad on the substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is inkjet printed on the copper pad surface using an inkjet apparatus. The coating thickness of the printed ink-like solder composition was about 100 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、10分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。同時に、この加熱処理に伴って、銀ナノ粒子表面の被覆分子層を構成するドデシルアミンの離脱がなされる。加えて、溶解しているロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)は、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子の表面において、下記の置換型還元反応によって、金属錫表面に銅原子を析出させる。錫ナノ粒子の金属錫表面に析出する銅原子は、一旦、錫ナノ粒子表面を覆う被膜層を構成する。   On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 10 minutes, and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. At the same time, with this heat treatment, dodecylamine constituting the coating molecular layer on the surface of the silver nanoparticles is released. In addition, the dissolved rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid) deposits copper atoms on the surface of tin metal by the following substitutional reduction reaction on the surface of tin nanoparticles without surface oxide film. Let The copper atoms deposited on the metal tin surface of the tin nanoparticles once constitute a coating layer covering the surface of the tin nanoparticles.

[(C19H29COO)2Cu:Cu(OOCH29C19)]→2(C1929COO-2Cu2+
(C1929COO-2Cu2++Sn → Cu+(C1929COO-2Sn2+

結果的に、清浄な表面を示す銅パッド上に、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子と、銀ナノ粒子が沈積して、緻密に積層した状態となる。錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互が金属面を接する部位では、融着が進行し、また、銅パッド表面と接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、銅表面との接触部位では、同じく融着が進行する。特に、その表面の銅原子の被膜層が生成している錫ナノ粒子と、銅表面との接触部位では、より密な融着が進行する。一方、インク状のハンダ組成物の塗布膜上に載せられている、3216チップ部品のSnメッキ電極の表面も、清浄な金属面が露呈された状態となる。分散溶媒のテトラデカンが蒸散すると、緻密に積層した状態の錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層の上面に、Snメッキ電極の表面が密に接する状態となる。このSnメッキ電極の表面に接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、錫メッキ表面との接触部位では、同じく融着が進行する。
[(C 19 H 29 COO) 2 Cu: Cu (OOCH 29 C 19 )] → 2 (C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+
(C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+ + Sn → Cu + (C 19 H 29 COO ) 2 Sn 2+

As a result, tin nanoparticles having no surface oxide film and silver nanoparticles are deposited on a copper pad showing a clean surface, resulting in a densely laminated state. At the site where the tin nanoparticles and silver nanoparticles are in contact with each other on the metal surface, the fusion proceeds. Also, the tin nanoparticles and silver nanoparticles that are in contact with the copper pad surface are also fused at the site of contact with the copper surface. proceed. In particular, a denser fusion proceeds at a contact portion between the tin nanoparticle in which the coating layer of copper atoms on the surface is formed and the copper surface. On the other hand, the surface of the Sn plating electrode of the 3216 chip component placed on the coating film of the ink-like solder composition is also in a state where a clean metal surface is exposed. When tetradecane as a dispersion solvent evaporates, the surface of the Sn plating electrode comes into close contact with the upper surface of the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles in a densely stacked state. The fusion of the tin nanoparticles and silver nanoparticles in contact with the surface of the Sn plating electrode similarly proceeds at the contact site with the tin plating surface.

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子、銅原子の被覆層が有する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層において、金属錫の融点を超える結果、全体に融解が進み、合金化が進行する。従って、生成するSn−Ag−Cu合金によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態が達成され、ハンダ接合がなされる。この段階において、ハンダ接合部位における、Sn−Ag−Cu合金層の層厚は、10μmに相当している。   Next, in a heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, in the mixture layer of the tin nanoparticles that have already been mutually fused, the tin nanoparticles that the copper atom coating layer has, and the silver nanoparticles, As a result of exceeding the melting point, melting progresses as a whole and alloying progresses. Therefore, a state in which the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wetted by the Sn—Ag—Cu alloy to be generated is achieved, and solder bonding is performed. At this stage, the layer thickness of the Sn—Ag—Cu alloy layer at the solder joint portion corresponds to 10 μm.

このハンダ接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、40Nの高強度を示した。さらに、200℃において、ダイシェア強度を測定すると、35Nであり、十分に高い接合強度を維持している。 When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition that the area size of the solder joint portion was 0.8 mm 2 , it showed a high strength of 40 N at room temperature. Furthermore, when the die shear strength is measured at 200 ° C., it is 35 N, and a sufficiently high bonding strength is maintained.

(実施例3)
錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でインク状のハンダ組成物を調製する。
(Example 3)
Hydrogenated rosin is added as tin nanoparticles, silver nanoparticles, and a flux component, and an ink-like solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。銀ナノ粒子の原料として、ドデシルアミン(分子量185.36、融点28.3℃、沸点248℃、比重d4 40=0.7841)7質量部をトルエン 52.8質量部中に溶解した分散溶媒中に、平均粒子径10nmの銀ナノ粒子 40.2質量部を分散している、市販されている銀ナノ粒子分散液(商品名:独立分散超微粒子Ag1T 真空冶金製)を使用している。該銀ナノ粒子分散液中では、アルキルアミンである、ドデシルアミンがアミノ基の窒素原子上に存在する孤立電子対を利用して、銀原子に対する配位的な結合を介して、銀ナノ粒子表面に被覆分子層を形成している。従って、表面に被覆分子層を形成するドデシルアミンを分散剤として、分散溶媒中に、銀ナノ粒子は均一に分散されている。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. Dispersing solvent in which 7 parts by mass of dodecylamine (molecular weight: 185.36, melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C., specific gravity d 4 40 = 0.7841) was dissolved in 52.8 parts by mass of toluene as a raw material for silver nanoparticles A commercially available silver nanoparticle dispersion (trade name: independently dispersed ultrafine particles Ag1T manufactured by vacuum metallurgy) in which 40.2 parts by mass of silver nanoparticles having an average particle diameter of 10 nm are dispersed is used. In the silver nanoparticle dispersion liquid, the surface of the silver nanoparticle is formed via a coordinated bond to the silver atom using a lone electron pair in which dodecylamine, which is an alkylamine, is present on the nitrogen atom of the amino group. A covering molecular layer is formed on the substrate. Therefore, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in the dispersion solvent using dodecylamine forming a coating molecular layer on the surface as a dispersant.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Moreover, a 22.9 mass% toluene solution is used for the raw material of hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a flux agent.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、銀超微粒子分散液Ag1T(Ag40.2wt%含有)0.77質量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)5.56質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、銀ナノ粒子0.31質量部、ドデシルアミン0.054質量部、水添ロジン1.27質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), 0.77 parts by mass of silver ultrafine particle dispersion Ag1T (containing Ag 40.2 wt%), a toluene solution of hydrogenated rosin (concentration 22) .9 wt%) 5.56 parts by mass is added, mixed, and stirred at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The mixture after solvent removal contains 0.31 part by mass of silver nanoparticles, 0.054 parts by mass of dodecylamine, and 1.27 parts by mass of hydrogenated rosin per 10 parts by mass of tin nanoparticles.

この脱溶剤後の混合物 3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。 As a dispersion solvent, 3.14 parts by mass of the mixture after desolvation, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd.) is added in an amount of 27.3 parts by mass. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)13mPa・sの高流動性組成物であり、均一な黒色のインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子の配合比率:WSn:WAgは、97:3であり、Sn−Ag合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag合金の融点は、221 ℃である。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3、錫ナノ粒子の平均粒子径d1=42nmと銀ナノ粒子の平均粒子径d2=10nmの比率d1:d2=42:10を考慮すると、錫ナノ粒子の個数N1と銀ナノ粒子の個数N2の比率:N1:N2は、18:29と見積もられる。インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。 The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 13 mPa · s, and is a uniform black ink-like solder composition. The mixing ratio of tin nanoparticles and silver nanoparticles: W Sn : W Ag in the solder composition is 97: 3, which is a ratio suitable for Sn—Ag alloy solder. The melting point of this ratio of Sn—Ag alloy is 221 ° C. relative to the melting point of metal tin 232 ° C. Tin density (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 , Silver density (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 , average particle diameter of tin nanoparticles d1 = 42 nm and average particle diameter of silver nanoparticles Considering the ratio d1: d2 = 42: 10 of d2 = 10 nm, the ratio N1: N2 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver nanoparticles is estimated to be 18:29. In the ink-like solder composition, the volume ratio of tin nanoparticles, silver nanoparticles, and the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品をハンダ接合した。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、インクジェット装置を用いて、インク状のハンダ組成物をインクジェット印刷する。印刷されたインク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約100μmであった。   Using the produced ink-like solder composition, a 3216 chip component having a Sn plating electrode was soldered onto a copper pad on the substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is inkjet printed on the copper pad surface using an inkjet apparatus. The coating thickness of the printed ink-like solder composition was about 100 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、10分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。同時に、この加熱処理に伴って、銀ナノ粒子表面の被覆分子層を構成するドデシルアミンの離脱がなされる。   On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 10 minutes, and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. At the same time, with this heat treatment, dodecylamine constituting the coating molecular layer on the surface of the silver nanoparticles is released.

結果的に、清浄な表面を示す銅パッド上に、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子と、銀ナノ粒子が沈積して、緻密に積層した状態となる。錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互が金属面を接する部位では、融着が進行し、また、銅パッド表面と接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、銅表面との接触部位では、同じく融着が進行する。一方、インク状のハンダ組成物の塗布膜上に載せられている、3216チップ部品のSnメッキ電極の表面も、清浄な金属面が露呈された状態となる。分散溶媒のテトラデカンが蒸散すると、緻密に積層した状態の錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層の上面に、Snメッキ電極の表面が密に接する状態となる。このSnメッキ電極の表面に接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、錫メッキ表面との接触部位では、同じく融着が進行する。   As a result, tin nanoparticles having no surface oxide film and silver nanoparticles are deposited on a copper pad showing a clean surface, resulting in a densely laminated state. At the site where the tin nanoparticles and silver nanoparticles are in contact with each other on the metal surface, the fusion proceeds. Also, the tin nanoparticles and silver nanoparticles that are in contact with the copper pad surface are also fused at the site of contact with the copper surface. proceed. On the other hand, the surface of the Sn plating electrode of the 3216 chip component placed on the coating film of the ink-like solder composition is also in a state where a clean metal surface is exposed. When tetradecane as a dispersion solvent evaporates, the surface of the Sn plating electrode comes into close contact with the upper surface of the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles in a densely stacked state. The fusion of the tin nanoparticles and silver nanoparticles in contact with the surface of the Sn plating electrode similarly proceeds at the contact site with the tin plating surface.

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層において、金属錫の融点を超える結果、全体に融解が進み、合金化が進行する。従って、生成するSn−Ag合金によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態が達成され、ハンダ接合がなされる。この段階において、ハンダ接合部位における、Sn−Ag合金層の層厚は、13μmに相当している。   Next, in the heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, in the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles that have already been mutually fused, as a result of exceeding the melting point of metallic tin, the melting proceeds overall, Alloying proceeds. Therefore, a state in which the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wet is achieved by the Sn—Ag alloy to be formed, and solder bonding is performed. At this stage, the thickness of the Sn—Ag alloy layer at the solder joint portion corresponds to 13 μm.

このハンダ接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、50Nの高強度を示した。さらに、200℃において、ダイシェア強度を測定すると、36 Nであり、十分に高い接合強度を維持している。 When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition that the area size of the solder joint portion was 0.8 mm 2 , it showed a high strength of 50 N at room temperature. Furthermore, when the die shear strength is measured at 200 ° C., it is 36 N, and a sufficiently high bonding strength is maintained.

(実施例4)
錫ナノ粒子、二種類の銀ナノ粒子、およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でインク状のハンダ組成物を調製する。
Example 4
Hydrogenated rosin is added as a tin nanoparticle, two types of silver nanoparticles, and a flux component, and an ink-like solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。銀ナノ粒子の原料として、平均粒子径が5nmと、30nmと異なる二種の銀ナノ粒子をそれぞれ含む銀ナノ粒子分散液を使用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. As a raw material for silver nanoparticles, a silver nanoparticle dispersion containing two kinds of silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm and different from 30 nm is used.

平均粒子径5nmの銀ナノ粒子の分散液には、ドデシルアミン(分子量185.36、融点28.3℃、沸点248℃、比重d4 40=0.7841)7質量部をトルエン 52.8質量部中に溶解した分散溶媒中に、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子 40.2質量部を分散している、市販されている銀ナノ粒子分散液(商品名:独立分散超微粒子Ag1T 真空冶金製)を使用している。該銀ナノ粒子分散液中では、アルキルアミンである、ドデシルアミンがアミノ基の窒素原子上に存在する孤立電子対を利用して、銀原子に対する配位的な結合を介して、銀ナノ粒子表面に被覆分子層を形成している。従って、表面に被覆分子層を形成するドデシルアミンを分散剤として、分散溶媒中に、銀ナノ粒子は均一に分散されている。 In a dispersion of silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm, 7 parts by mass of dodecylamine (molecular weight 185.36, melting point 28.3 ° C., boiling point 248 ° C., specific gravity d 4 40 = 0.7841) is 52.8 masses of toluene. 40.2 parts by mass of silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm are dispersed in a dispersion solvent dissolved in the part, and a commercially available silver nanoparticle dispersion (trade name: Independently Dispersed Ultrafine Particles Ag1T manufactured by Vacuum Metallurgy ) Is used. In the silver nanoparticle dispersion liquid, the surface of the silver nanoparticle is formed via a coordinated bond to the silver atom using a lone electron pair in which dodecylamine, which is an alkylamine, is present on the nitrogen atom of the amino group. A covering molecular layer is formed on the substrate. Therefore, the silver nanoparticles are uniformly dispersed in the dispersion solvent using dodecylamine forming a coating molecular layer on the surface as a dispersant.

一方、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子の分散液は、次の方法で調製されている。前記平均粒子径5nmの銀ナノ粒子を核粒子として、その表面に湿式還元により銀を析出させ、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子としている。その際、銀原料として、有機酸銀(II)塩のオレイン酸銀を、還元剤として、ヒドラジンを利用し、溶媒エタノール中において還元を行い、その反応液中に添加されている銀ナノ粒子の表面を核として、銀原子の析出層を形成する。前記溶媒中において、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子の表面を被覆するドデシルアミンが離脱し、露出する表面に銀原子が選択的に析出する。その銀析出層の膜厚は、広い分布を有するが、平均粒子径は30nmの銀ナノ粒子が形成される。また、作製される平均粒子径30nmの銀ナノ粒子の表面は、分散剤として機能する、エタノールアミンにより被覆された状態となっている。反応液から分離した後、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子 40質量部を、分散溶媒のトルエン 60質量部中に分散した分散液を調製する。   On the other hand, a dispersion of silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm is prepared by the following method. Silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm are used as core particles, and silver is deposited on the surface by wet reduction to obtain silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm. At that time, silver oleate of an organic acid silver (II) salt is used as a silver raw material, hydrazine is used as a reducing agent, reduction is performed in a solvent ethanol, and the silver nanoparticles added to the reaction liquid are reduced. A deposited layer of silver atoms is formed using the surface as a nucleus. In the solvent, dodecylamine covering the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm is released, and silver atoms are selectively deposited on the exposed surface. Although the film thickness of the silver deposit layer has a wide distribution, silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm are formed. Moreover, the surface of the silver nanoparticle with an average particle diameter of 30 nm produced is the state coat | covered with the ethanolamine which functions as a dispersing agent. After separating from the reaction liquid, a dispersion liquid is prepared by dispersing 40 parts by mass of silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm in 60 parts by mass of toluene as a dispersion solvent.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、水添ロジン22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Further, as a raw material for hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a fluxing agent, a 22.9% by mass hydrogenated rosin toluene solution is used.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、銀超微粒子分散液Ag1T(Ag40.2wt%含有)0.0769質量部、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子分散液(Ag40wt%含有)0.696質量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)5.56質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、銀ナノ粒子0.31質量部、ドデシルアミン0.054質量部、水添ロジン1.27質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), silver ultrafine particle dispersion Ag1T (containing Ag 40.2 wt%) 0.0769 parts by mass, silver nanoparticles dispersed with an average particle diameter of 30 nm Add 0.696 parts by mass of liquid (containing 40 wt% Ag) and 5.56 parts by mass of a toluene solution of hydrogenated rosin (concentration 22.9 wt%), mix and stir at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The mixture after solvent removal contains 0.31 part by mass of silver nanoparticles, 0.054 parts by mass of dodecylamine, and 1.27 parts by mass of hydrogenated rosin per 10 parts by mass of tin nanoparticles.

この脱溶剤後の混合物 3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。 As a dispersion solvent, 3.14 parts by mass of the mixture after desolvation, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd.) is added in an amount of 27.3 parts by mass. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)11mPa・sの高流動性組成物であり、均一な黒色のインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子と二種の銀ナノ粒子の合計の配合比率:WSn:WAgは、97:3であり、Sn−Ag合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag合金の融点は、221℃である。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3、錫ナノ粒子の平均粒子径d1=42nmと、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子の平均粒子径d2=5nmの比率d1:d2=42:5を考慮すると、錫ナノ粒子の個数N1と平均粒子径5nmの銀ナノ粒子の個数N2の比率:N1:N2は、18:33と見積もられる。また、錫ナノ粒子の個数N1と平均粒子径30nmの銀ナノ粒子の個数N3の比率:N1:N3は、18:1.3と見積もられる。平均粒子径5nmの銀ナノ粒子の個数N2と平均粒子径30nmの銀ナノ粒子の個数N3の比率:N2:N3は、33:1.3と見積もられ、配合される銀ナノ粒子の個数の95%は、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子が占めている。換言するならば、大多数は、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子である中に、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子を僅かな個数、さらに加えている状態に相当している。 The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 11 mPa · s, and is a uniform black ink-like solder composition. The total blending ratio of tin nanoparticles and two types of silver nanoparticles: W Sn : W Ag in the solder composition is 97: 3, which is a ratio suitable for Sn—Ag alloy solder. The melting point of the Sn—Ag alloy at this ratio is 221 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C. Tin density (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 , silver density (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 , average particle diameter d1 of tin nanoparticles = 42 nm, and silver having an average particle diameter of 5 nm Considering the ratio d1: d2 = 42: 5 of the average particle diameter d2 = 5 nm of nanoparticles, the ratio of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm: N1: N2 is 18: It is estimated to be 33. The ratio N1: N3 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N3 of silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm is estimated to be 18: 1.3. The ratio of the number N2 of silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm and the number N3 of silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm: N2: N3 is estimated to be 33: 1.3. 95% is occupied by silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm. In other words, the majority corresponds to a state in which a small number of silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm are further added to silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm.

なお、インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子と銀ナノ粒子と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。   In the ink-like solder composition, the volume ratio of the tin nanoparticles, the silver nanoparticles, and the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品をハンダ接合した。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、インクジェット装置を用いて、インク状のハンダ組成物をインクジェット印刷する。印刷されたインク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約100μmであった。   Using the produced ink-like solder composition, a 3216 chip component having a Sn plating electrode was soldered onto a copper pad on the substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is inkjet printed on the copper pad surface using an inkjet apparatus. The coating thickness of the printed ink-like solder composition was about 100 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、10分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。同時に、この加熱処理に伴って、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子表面の被覆分子層を構成するドデシルアミンの離脱がなされる。また、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子表面を被覆する分散剤層を構成するエタノールアミンの離脱もなされる。   On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 10 minutes, and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. At the same time, with this heat treatment, dodecylamine constituting the coating molecular layer on the surface of the silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm is released. Moreover, the ethanolamine which comprises the dispersing agent layer which coat | covers the silver nanoparticle surface with an average particle diameter of 30 nm is also made | formed.

結果的に、清浄な表面を示す銅パッド上に、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子と、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子が沈積して、緻密に積層した状態となる。その際、平均粒子径30nmの銀ナノ粒子の個数は僅かであるため、銅パッド表面と接する確率は、僅かである。錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互が金属面を接する部位では、融着が進行し、また、銅パッド表面と接する錫ナノ粒子、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子は、銅表面との接触部位では、同じく融着が進行する。一方、インク状のハンダ組成物の塗布膜上に載せられている、3216チップ部品のSnメッキ電極の表面も、清浄な金属面が露呈された状態となる。分散溶媒のテトラデカンが蒸散すると、緻密に積層した状態の錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層の上面に、Snメッキ電極の表面が密に接する状態となる。このSnメッキ電極の表面に接する錫ナノ粒子、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子は、錫メッキ表面との接触部位では、同じく融着が進行する。   As a result, tin nanoparticles without a surface oxide film, silver nanoparticles with an average particle diameter of 5 nm, and silver nanoparticles with an average particle diameter of 30 nm were deposited on a copper pad showing a clean surface and densely stacked. It becomes a state. At that time, since the number of silver nanoparticles having an average particle diameter of 30 nm is small, the probability of contact with the copper pad surface is small. At the site where the tin nanoparticle and silver nanoparticle are in contact with the metal surface, the fusion proceeds, and the tin nanoparticle in contact with the copper pad surface and the silver nanoparticle having an average particle diameter of 5 nm are in contact with the copper surface. Similarly, fusion proceeds. On the other hand, the surface of the Sn plating electrode of the 3216 chip component placed on the coating film of the ink-like solder composition is also in a state where a clean metal surface is exposed. When tetradecane as a dispersion solvent evaporates, the surface of the Sn plating electrode comes into close contact with the upper surface of the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles in a densely stacked state. The tin nanoparticles in contact with the surface of the Sn plating electrode and the silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm are similarly fused at the contact site with the tin plating surface.

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層において、金属錫の融点を超える結果、全体に融解が進み、合金化が進行する。従って、生成するSn−Ag合金によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態が達成され、ハンダ接合がなされる。この段階において、ハンダ接合部位における、Sn−Ag合金層の層厚は、15μmに相当している。   Next, in the heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, in the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles that have already been mutually fused, as a result of exceeding the melting point of metallic tin, the melting proceeds overall, Alloying proceeds. Therefore, a state in which the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wet is achieved by the Sn—Ag alloy to be formed, and solder bonding is performed. At this stage, the thickness of the Sn—Ag alloy layer at the solder joint portion corresponds to 15 μm.

このハンダ接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、45Nの高強度を示した。さらに、200℃において、ダイシェア強度を測定すると、30Nであり、十分に高い接合強度を維持している。

(参考例1)
錫ナノ粒子、2−エチルヘキサン酸銀(II)、およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でペースト状のハンダ組成物を調製する。
When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition of an area size of 0.8 mm 2 at the solder joint portion, it showed a high strength of 45 N at room temperature. Furthermore, when the die shear strength is measured at 200 ° C., it is 30 N, and a sufficiently high bonding strength is maintained.

(Reference Example 1)
A hydrogenated rosin is added as tin nanoparticles, silver 2-ethylhexanoate (II), and a flux component, and a paste solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。2−エチルヘキサン酸銀(II)の原料として、2−エチルヘキサン酸銀(II)((CH3-CH2-CH2-CH2-CH(C2H5)-COO)2Ag)を、ジブチルアミノプロピルアミン(沸点205℃、比重d4 20=0.827)中に濃度4.89wt%で溶解した溶液(Ag2.1wt%含有)を使用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. As a raw material of silver 2-ethylhexanoate (II), silver 2-ethylhexanoate (II) ((CH 3 —CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH (C 2 H 5 ) —COO) 2 Ag) is used. , A solution (containing 2.1 wt% Ag) dissolved in dibutylaminopropylamine (boiling point 205 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.827) at a concentration of 4.89 wt% is used.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Moreover, a 22.9 mass% toluene solution is used for the raw material of hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a flux agent.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、2−エチルヘキサン酸銀(II)のジブチルアミノプロピルアミン溶液(Ag2.1wt%含有)14.71質量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)5.56質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、2−エチルヘキサン酸銀(II)0.31質量部、ジブチルアミノプロピルアミン14.4質量部、水添ロジン1.27質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), dibutylaminopropylamine solution of silver 2-ethylhexanoate (II) (containing Ag 2.1 wt%), 14.71 parts by mass, Add 5.56 parts by mass of hydrogenated rosin in toluene (concentration 22.9 wt%), mix and stir at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The solvent-removed mixture contains 0.31 part by mass of silver (II) 2-ethylhexanoate, 14.4 parts by mass of dibutylaminopropylamine, and 1.27 parts by mass of hydrogenated rosin per 10 parts by mass of tin nanoparticles. include.

この脱溶剤後の混合物中、デカリンを除く部分の3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。 In this mixture after solvent removal, as a dispersion solvent, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C. per 3.11 parts by weight of the portion excluding decalin, 27.3 parts by mass of boiling point 253.57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd. is added. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)20mPa・sの高流動性組成物であり、均一な黒色のインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子と2−エチルヘキサン酸銀(II)由来の銀の配合比率:WSn:WAgは、97:3であり、Sn−Ag合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag合金の融点は、221℃である。 The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 20 mPa · s, and is a uniform black ink-like solder composition. The mixing ratio of tin nanoparticles and silver derived from silver 2-ethylhexanoate (II) in the solder composition: W Sn : W Ag is 97: 3, which is a ratio suitable for Sn—Ag alloy solder. ing. The melting point of the Sn—Ag alloy at this ratio is 221 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C.

なお、インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。   In the ink-like solder composition, the volume ratio of tin nanoparticles to the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品をハンダ接合した。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、インクジェット装置を用いて、インク状のハンダ組成物を塗布する。インク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約120μmであった。   Using the produced ink-like solder composition, a 3216 chip component having a Sn plating electrode was soldered onto a copper pad on the substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is applied to the surface of the copper pad using an inkjet apparatus. The coating thickness of the ink-like solder composition was about 120 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、30分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。同時に、この加熱処理に伴って、2−エチルヘキサン酸銀(II)から、例えば、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子の表面においては、下記の置換型還元反応によって、金属錫表面に銀原子が析出する。錫ナノ粒子の金属錫表面に析出する銀原子は、一旦、錫ナノ粒子表面を覆う被膜層を構成する。

(C715COO-2Ag2++Sn → Ag+(C715COO-2Sn2+

加えて、一部、2−エチルヘキサン酸銀(II)の熱分解に因って、銀原子が遊離し、相互に凝集して、銀ナノ粒子が系内で生成する。
On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 30 minutes and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. At the same time, with this heat treatment, from silver 2-ethylhexanoate (II), for example, on the surface of tin nanoparticles having no surface oxide film, silver atoms are formed on the surface of metal tin by the following substitutional reduction reaction. Precipitate. Silver atoms deposited on the metal tin surface of the tin nanoparticles once constitute a coating layer covering the surface of the tin nanoparticles.

(C 7 H 15 COO ) 2 Ag 2+ + Sn → Ag + (C 7 H 15 COO ) 2 Sn 2+

In addition, partly due to the thermal decomposition of silver 2-ethylhexanoate (II), silver atoms are liberated and agglomerate with each other to form silver nanoparticles in the system.

結果的に、清浄な表面を示す銅パッド上に、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子、表面に銀被覆層が生成されている錫ナノ粒子、系内で生成する銀ナノ粒子が沈積して、緻密に積層した状態となる。錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互が金属面を接する部位では、融着が進行し、また、銅パッド表面と接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、銅表面との接触部位では、同じく融着が進行する。一方、ペースト状のハンダ組成物の塗布膜上に載せられている、3216チップ部品のSnメッキ電極の表面も、清浄な金属面が露呈された状態となる。分散溶媒のテトラデカンが蒸散すると、緻密に積層した状態の錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層の上面に、Snメッキ電極の表面が密に接する状態となる。このSnメッキ電極の表面に接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、錫メッキ表面との接触部位では、同じく融着が進行する。   As a result, on the copper pad showing a clean surface, tin nanoparticles having no surface oxide film, tin nanoparticles having a silver coating layer formed on the surface, and silver nanoparticles generated in the system are deposited, It will be in the state where it was densely laminated. At the site where the tin nanoparticles and silver nanoparticles are in contact with each other on the metal surface, the fusion proceeds. Also, the tin nanoparticles and silver nanoparticles that are in contact with the copper pad surface are also fused at the site of contact with the copper surface. proceed. On the other hand, the surface of the Sn plating electrode of the 3216 chip component placed on the coating film of the paste solder composition is also in a state where a clean metal surface is exposed. When tetradecane as a dispersion solvent evaporates, the surface of the Sn plating electrode comes into close contact with the upper surface of the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles in a densely stacked state. The fusion of the tin nanoparticles and silver nanoparticles in contact with the surface of the Sn plating electrode similarly proceeds at the contact site with the tin plating surface.

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層において、金属錫の融点を超える結果、全体に融解が進み、合金化が進行する。従って、生成するSn−Ag合金によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態が達成され、ハンダ接合がなされる。この段階において、ハンダ接合部位における、Sn−Ag合金層の層厚は、13μmに相当している。   Next, in the heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, in the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles that have already been mutually fused, as a result of exceeding the melting point of metallic tin, the melting proceeds overall, Alloying proceeds. Therefore, a state in which the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wet is achieved by the Sn—Ag alloy to be formed, and solder bonding is performed. At this stage, the thickness of the Sn—Ag alloy layer at the solder joint portion corresponds to 13 μm.

このハンダ接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、48Nの高強度を示した。さらに、200℃において、ダイシェア強度を測定すると、31Nであり、十分に高い接合強度を維持している。

(参考例2)
錫ナノ粒子、2−エチルヘキサン酸銀(II)、およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でペースト状のハンダ組成物を調製する。
When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition that the area size of the solder joint portion was 0.8 mm 2 , it showed a high strength of 48 N at room temperature. Furthermore, when the die shear strength is measured at 200 ° C., it is 31 N, and a sufficiently high bonding strength is maintained.

(Reference Example 2)
A hydrogenated rosin is added as tin nanoparticles, silver 2-ethylhexanoate (II), and a flux component, and a paste solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。2−エチルヘキサン酸銀(II)の原料として、2−エチルヘキサン酸銀(II)((CH3-CH2-CH2-CH2-CH(C2H5)-COO)2Ag)を、有機溶媒のデカリン(cis-体:沸点195.7℃、比重d4 20=0.8963)中に濃度4.89wt%で溶解した溶液(Ag2.1wt%含有)を使用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. As a raw material of silver 2-ethylhexanoate (II), silver 2-ethylhexanoate (II) ((CH 3 —CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH (C 2 H 5 ) —COO) 2 Ag) is used. A solution (containing 2.1 wt% of Ag) dissolved in a concentration of 4.89 wt% in decalin (cis-form: boiling point 195.7 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.8963) of an organic solvent is used.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、水添ロジン22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Further, as a raw material for hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a fluxing agent, a 22.9% by mass hydrogenated rosin toluene solution is used.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、2−エチルヘキサン酸銀(II)のデカリン溶液(Ag2.1wt%含有)14.71質量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)5.56質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、2−エチルヘキサン酸銀(II)0.31質量部、デカリン14.4質量部、水添ロジン1.27質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), decalin solution of silver 2-ethylhexanoate (II) (containing 2.1 wt% of Ag) 14.71 parts by mass, hydrogenated rosin Of toluene solution (concentration 22.9 wt%) is added, mixed, and stirred at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The mixture after the solvent removal contains 0.31 part by mass of silver (II) 2-ethylhexanoate, 14.4 parts by mass of decalin, and 1.27 parts by mass of hydrogenated rosin per 10 parts by mass of tin nanoparticles. Yes.

この脱溶剤後の混合物中、デカリンを除く部分の3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。 In this mixture after solvent removal, as a dispersion solvent, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C. per 3.11 parts by weight of the portion excluding decalin, 27.3 parts by mass of boiling point 253.57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd. is added. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)500mPa・sの低流動性組成物であり、均一な黒色のペースト状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子と2−エチルヘキサン酸銀(II)由来の銀の配合比率:WSn:WAgは、97:3であり、Sn−Ag合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag合金の融点は、221℃である。 The resulting dispersion is a low fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 500 mPa · s, and is a uniform black paste solder composition. The mixing ratio of tin nanoparticles and silver derived from silver 2-ethylhexanoate (II) in the solder composition: W Sn : W Ag is 97: 3, which is a ratio suitable for Sn—Ag alloy solder. ing. The melting point of the Sn—Ag alloy at this ratio is 221 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C.

なお、ペースト状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。   In the paste-like solder composition, the volume ratio of tin nanoparticles to the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたペースト状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品をハンダ接合した。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、ディスペンサーを用いて、ペースト状のハンダ組成物を塗布する。ペースト状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約120μmであった。   Using the prepared paste-like solder composition, a 3216 chip component having an Sn plating electrode was soldered onto a copper pad on the substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. A paste solder composition is applied to the surface of the copper pad using a dispenser. The coating thickness of the paste solder composition was about 120 μm.

銅パッド上のペースト状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、30分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。同時に、この加熱処理に伴って、2−エチルヘキサン酸銀(II)から、例えば、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子の表面においては、下記の置換型還元反応によって、金属錫表面に銀原子が析出する。錫ナノ粒子の金属錫表面に析出する銀原子は、一旦、錫ナノ粒子表面を覆う被膜層を構成する。

(C715COO-2Ag2++Sn → Ag+(C715COO-2Sn2+

加えて、2−エチルヘキサン酸銀(II)の熱分解に因って、銀原子が遊離し、相互に凝集して、銀ナノ粒子が系内で生成する。
On the coating film of the paste solder composition on the copper pad, a 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 30 minutes and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. At the same time, with this heat treatment, from silver 2-ethylhexanoate (II), for example, on the surface of tin nanoparticles having no surface oxide film, silver atoms are formed on the surface of metal tin by the following substitutional reduction reaction. Precipitate. Silver atoms deposited on the metal tin surface of the tin nanoparticles once constitute a coating layer covering the surface of the tin nanoparticles.

(C 7 H 15 COO ) 2 Ag 2+ + Sn → Ag + (C 7 H 15 COO ) 2 Sn 2+

In addition, due to the thermal decomposition of silver (II) 2-ethylhexanoate, silver atoms are liberated and agglomerate with each other to form silver nanoparticles in the system.

結果的に、清浄な表面を示す銅パッド上に、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子、表面に銀被覆層が生成されている錫ナノ粒子、系内で生成する銀ナノ粒子が沈積して、緻密に積層した状態となる。錫ナノ粒子、銀ナノ粒子相互が金属面を接する部位では、融着が進行し、また、銅パッド表面と接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、銅表面との接触部位では、同じく融着が進行する。一方、ペースト状のハンダ組成物の塗布膜上に載せられている、3216チップ部品のSnメッキ電極の表面も、清浄な金属面が露呈された状態となる。分散溶媒のテトラデカンが蒸散すると、緻密に積層した状態の錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層の上面に、Snメッキ電極の表面が密に接する状態となる。このSnメッキ電極の表面に接する錫ナノ粒子、銀ナノ粒子は、錫メッキ表面との接触部位では、同じく融着が進行する。   As a result, on the copper pad showing a clean surface, tin nanoparticles having no surface oxide film, tin nanoparticles having a silver coating layer formed on the surface, and silver nanoparticles generated in the system are deposited, It will be in the state where it was densely laminated. At the site where the tin nanoparticles and silver nanoparticles are in contact with each other on the metal surface, the fusion proceeds. Also, the tin nanoparticles and silver nanoparticles that are in contact with the copper pad surface are also fused at the site of contact with the copper surface. proceed. On the other hand, the surface of the Sn plating electrode of the 3216 chip component placed on the coating film of the paste solder composition is also in a state where a clean metal surface is exposed. When tetradecane as a dispersion solvent evaporates, the surface of the Sn plating electrode comes into close contact with the upper surface of the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles in a densely stacked state. The fusion of the tin nanoparticles and silver nanoparticles in contact with the surface of the Sn plating electrode similarly proceeds at the contact site with the tin plating surface.

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子、銀ナノ粒子の混合物層において、金属錫の融点を超える結果、全体に融解が進み、合金化が進行する。従って、生成するSn−Ag合金によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態が達成され、ハンダ接合がなされる。この段階において、ハンダ接合部位における、Sn−Ag合金層の層厚は、15μmに相当している。   Next, in the heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, in the mixture layer of tin nanoparticles and silver nanoparticles that have already been mutually fused, as a result of exceeding the melting point of metallic tin, the melting proceeds overall, Alloying proceeds. Therefore, a state in which the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wet is achieved by the Sn—Ag alloy to be formed, and solder bonding is performed. At this stage, the thickness of the Sn—Ag alloy layer at the solder joint portion corresponds to 15 μm.

このハンダ接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、48Nの高強度を示した。さらに、200℃において、ダイシェア強度を測定すると、32Nであり、十分に高い接合強度を維持している。

(比較例1)
錫ナノ粒子、銀粒子、ロジン銅塩、およびフラックス成分として、水添ロジンを添加して、下記の手順でインク状のハンダ組成物を調製する。
When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition that the area size of the solder joint portion was 0.8 mm 2 , it showed a high strength of 48 N at room temperature. Furthermore, when the die shear strength is measured at 200 ° C., it is 32 N, and a sufficiently high bonding strength is maintained.

(Comparative Example 1)
Hydrogenated rosin is added as a tin nanoparticle, silver particle, rosin copper salt, and flux component, and an ink-like solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。銀粒子の原料として、平均粒子径1μmの銀粒子 40質量部を、トルエン 90質量部中に分散している、銀粒子分散液を使用している。ロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)の原料には、ロジン銅塩のトルエン溶液(濃度20wt%、銅含有量1.91wt%)を利用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. As a raw material for silver particles, a silver particle dispersion liquid in which 40 parts by mass of silver particles having an average particle diameter of 1 μm are dispersed in 90 parts by mass of toluene is used. As a raw material of rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid), a toluene solution of rosin copper salt (concentration 20 wt%, copper content 1.91 wt%) is used.

また、フラックス剤として添加される、水添ロジン(分子量304)の原料には、水添ロジン22.9質量%のトルエン溶液を使用している。   Further, as a raw material for hydrogenated rosin (molecular weight 304) added as a fluxing agent, a 22.9% by mass hydrogenated rosin toluene solution is used.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、銀粒子分散液(Ag40wt%含有)0.773質量部、ロジン銅塩(トルエン溶液、20%、銅含有用1.91%)を2.71重量部、水添ロジンのトルエン溶液(濃度22.9wt%)5.59質量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、銀粒子0.311質量部、ロジン銅塩(銅含有量換算)0.0518質量部、水添ロジン1.28質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), 0.773 parts by mass of silver particle dispersion (containing 40 wt% Ag), rosin copper salt (toluene solution, 20%, for containing copper) 2.91 parts by weight of 1.91%) and 5.59 parts by weight of a toluene solution of hydrogenated rosin (concentration 22.9 wt%) are added, mixed, and stirred at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The mixture after solvent removal contains 0.311 parts by mass of silver particles, 0.0518 parts by mass of rosin copper salt (in terms of copper content), and 1.28 parts by mass of hydrogenated rosin per 10 parts by mass of tin nanoparticles. ing.

この脱溶剤後の混合物3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。 As a dispersion solvent, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., specific gravity per 3.11 parts by mass of the mixture after desolvation. d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd.) is added in an amount of 27.3 parts by mass. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)12mPa・sの高流動性組成物であり、均一なインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ロジン銅塩中の銅の配合比率:WSn:WAg:WCuは、96.5:3:0.5であり、Sn−Ag−Cu合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag−Cu合金の融点は、221℃である。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3、錫ナノ粒子の平均粒子径d1=42nmと、銀粒子の平均粒子径d2=1μmの比率d1:d2=42:1000を考慮すると、錫ナノ粒子の個数N1と平均粒子径1μmの銀粒子の個数N2の比率:N1:N2は、1800000:3と見積もられる。 The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 12 mPa · s, and is a uniform ink-like solder composition. In the solder composition, the mixing ratio of tin nanoparticles, silver nanoparticles, copper in the rosin copper salt: W Sn : W Ag : W Cu is 96.5: 3: 0.5, Sn—Ag -The ratio is suitable for Cu alloy solder. The melting point of the Sn—Ag—Cu alloy at this ratio is 221 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C. Tin density (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 , silver density (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 , average particle diameter of tin nanoparticles d1 = 42 nm, and average particle diameter of silver particles Considering the ratio d1: d2 = 42: 1000 of d2 = 1 μm, the ratio N1: N2 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver particles having an average particle diameter of 1 μm is estimated to be 1800000: 3.

なお、インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子、銀粒子、ならびに、ロジン銅塩由来の銅の合計と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。   In the ink-like solder composition, the volume ratio of the total amount of tin nanoparticles, silver particles, and copper derived from the rosin copper salt to the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品のハンダ接合を試みた。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、ディスペンサーを用いて、インク状のハンダ組成物を塗布する。インク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約140μmであった。   Using the produced ink-like solder composition, soldering of a 3216 chip part having an Sn plating electrode was attempted on a copper pad on a substrate. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is applied to the copper pad surface using a dispenser. The coating thickness of the ink-like solder composition was about 140 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、10分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。220℃に加熱する間に、フラックス剤による金属表面の酸化皮膜の除去がなされる。加えて、溶解しているロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)は、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子の表面において、下記の置換型還元反応によって、金属錫表面に銅原子を析出させる。錫ナノ粒子の金属錫表面に析出する銅原子は、一旦、錫ナノ粒子表面を覆う被膜層を構成する。   On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 10 minutes, and then at 270 ° C. for 3 minutes. During heating to 220 ° C., the oxide film on the metal surface is removed by the flux agent. In addition, the dissolved rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid) deposits copper atoms on the surface of tin metal by the following substitutional reduction reaction on the surface of tin nanoparticles without surface oxide film. Let The copper atoms deposited on the metal tin surface of the tin nanoparticles once constitute a coating layer covering the surface of the tin nanoparticles.

[(C19H29COO)2Cu:Cu(OOCH29C19)]→2(C1929COO-2Cu2+
(C1929COO-2Cu2++Sn → Cu+(C1929COO-2Sn2+

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、既に相互融着がなされている錫ナノ粒子の層中に限られた個数の銀粒子が混入している状態で、金属錫の融点を超える結果、錫ナノ粒子の融解は進むが、全体的に均一な組成を示す合金化には達していない。従って、大半の部分では、融解した金属錫によって、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面が濡れた状態となっており、錫単体を用いた接合がなされている。この段階において、ハンダ接合部位における、見かけの合金層の層厚は、17μmに相当している。
[(C 19 H 29 COO) 2 Cu: Cu (OOCH 29 C 19 )] → 2 (C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+
(C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+ + Sn → Cu + (C 19 H 29 COO ) 2 Sn 2+

Next, in the heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, the melting point of metallic tin is in a state where a limited number of silver particles are mixed in the layer of tin nanoparticles that have already been mutually fused. As a result, melting of the tin nanoparticles proceeds, but alloying having a uniform composition as a whole has not been achieved. Therefore, in most of the portions, the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode are wetted by the molten metal tin, and the bonding using simple tin is performed. At this stage, the apparent thickness of the alloy layer at the solder joint portion corresponds to 17 μm.

この接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度を測定すると、室温で、7Nの強度しか示していなかった。

(比較例2)
錫ナノ粒子、銀粒子、ロジン銅塩を添加して、下記の手順でインク状のハンダ組成物を調製する。
When the die shear strength of the 3216 chip component was measured under the condition that the area size of the joined portion was 0.8 mm 2 , the strength was only 7 N at room temperature.

(Comparative Example 2)
Tin nanoparticles, silver particles, and rosin copper salt are added, and an ink-like solder composition is prepared by the following procedure.

錫ナノ粒子の原料として、市販されている錫ナノ粒子分散液、具体的には、平均粒径42nmの錫ナノ粒子 10質量部を、分散溶媒のトルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867) 90質量部中に分散している、錫ナノコロイド(新光化学工業(株))を使用している。銀粒子の原料として、平均粒子径1μmの銀粒子 40質量部を、トルエン 90質量部中に分散している、銀粒子分散液を使用している。ロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)の原料には、ロジン銅塩のトルエン溶液(濃度20wt%、銅含有量1.91wt%)を利用している。 As a raw material for tin nanoparticles, a commercially available tin nanoparticle dispersion, specifically, 10 parts by mass of tin nanoparticles having an average particle size of 42 nm, was added to toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20). = 0.867) Tin nanocolloid (Shinko Chemical Industry Co., Ltd.) dispersed in 90 parts by mass is used. As a raw material for silver particles, a silver particle dispersion liquid in which 40 parts by mass of silver particles having an average particle diameter of 1 μm are dispersed in 90 parts by mass of toluene is used. As a raw material of rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid), a toluene solution of rosin copper salt (concentration 20 wt%, copper content 1.91 wt%) is used.

先ず、100mlのナス型フラスコ中に、錫ナノコロイド(Sn10wt%含有)100質量部、銀粒子分散液(Ag40wt%含有)0.773質量部、ロジン銅塩(トルエン溶液、20%、銅含有用1.91%)を2.71重量部を加え、混合し、40℃で1時間攪拌する。攪拌終了後、減圧濃縮により、分散溶媒のトルエンを脱溶剤する。前記脱溶剤後の混合物は、錫ナノ粒子10質量部当たり、銀粒子0.311質量部、ロジン銅塩(銅含有量換算)0.0518質量部が含まれている。   First, in a 100 ml eggplant-shaped flask, 100 parts by mass of tin nanocolloid (containing Sn 10 wt%), 0.773 parts by mass of silver particle dispersion (containing 40 wt% Ag), rosin copper salt (toluene solution, 20%, for containing copper) 1.91%) is added to 2.71 parts by weight, mixed and stirred at 40 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene is removed by concentration under reduced pressure. The mixture after solvent removal contains 0.311 parts by mass of silver particles and 0.0518 parts by mass of rosin copper salt (in terms of copper content) per 10 parts by mass of tin nanoparticles.

この脱溶剤後の混合物3.11質量部当たり、分散溶媒として、N14(テトラデカン、粘度2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)を27.3質量部添加する。その後、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とする。 As a dispersion solvent, N14 (tetradecane, viscosity 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., specific gravity per 3.11 parts by mass of the mixture after desolvation. d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nippon Mining Petrochemical Co., Ltd.) is added in an amount of 27.3 parts by mass. Thereafter, the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion.

得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃)20mPa・sの高流動性組成物であり、均一なインク状のハンダ組成物である。該ハンダ組成物中における、錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ロジン銅塩中の銅の配合比率:WSn:WAg:WCuは、96.5:3:0.5であり、Sn−Ag−Cu合金ハンダに適する比率となっている。金属錫の融点232℃に対して、この比率のSn−Ag−Cu合金の融点は、219℃である。錫の密度(20℃):7.265g・cm-3、銀の密度(20℃):10.49g・cm-3、錫ナノ粒子の平均粒子径d1=42nmと、銀粒子の平均粒子径d2=1μmの比率d1:d2=42:1000を考慮すると、錫ナノ粒子の個数N1と平均粒子径1μmの銀粒子の個数N2の比率:N1:N2は、1800000:3と見積もられる。 The resulting dispersion is a highly fluid composition having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 20 mPa · s, and is a uniform ink-like solder composition. In the solder composition, the mixing ratio of tin nanoparticles, silver nanoparticles, copper in the rosin copper salt: W Sn : W Ag : W Cu is 96.5: 3: 0.5, Sn—Ag -The ratio is suitable for Cu alloy solder. The melting point of the Sn—Ag—Cu alloy at this ratio is 219 ° C. with respect to the melting point of metal tin 232 ° C. Tin density (20 ° C.): 7.265 g · cm −3 , silver density (20 ° C.): 10.49 g · cm −3 , average particle diameter of tin nanoparticles d1 = 42 nm, and average particle diameter of silver particles Considering the ratio d1: d2 = 42: 1000 of d2 = 1 μm, the ratio N1: N2 of the number N1 of tin nanoparticles and the number N2 of silver particles having an average particle diameter of 1 μm is estimated to be 1800000: 3.

なお、インク状のハンダ組成物中、錫ナノ粒子、銀粒子、ならびに、ロジン銅塩由来の銅の合計と、分散溶媒との体積比率は、0.4:35である。   In the ink-like solder composition, the volume ratio of the total amount of tin nanoparticles, silver particles, and copper derived from the rosin copper salt to the dispersion solvent is 0.4: 35.

作製されたインク状のハンダ組成物を利用して、基板上の銅パッド上に、Snメッキ電極を有する3216チップ部品のハンダ接合を試みた。予め、基板上の銅パッドを2.5N硫酸で洗浄し、水洗後、乾燥する。前記の酸洗処理により、銅パッドの表面の酸化皮膜が除去される。この銅パッド表面に、ディスペンサーを用いて、インク状のハンダ組成物を塗布する。インク状のハンダ組成物の塗布膜厚は、約90μmであった。   Using the produced ink-like solder composition, soldering of a 3216 chip part having an Sn plating electrode on a copper pad on a substrate was attempted. The copper pad on the substrate is previously washed with 2.5N sulfuric acid, washed with water and then dried. By the pickling treatment, the oxide film on the surface of the copper pad is removed. An ink-like solder composition is applied to the copper pad surface using a dispenser. The coating thickness of the ink-like solder composition was about 90 μm.

銅パッド上のインク状のハンダ組成物の塗布膜上に、3216チップ部品を、そのSnメッキ電極が密着する形状で載せる。220℃、10分間、その後、270℃、3分間の加熱処理を行う。フラックス剤は含まれていないので、220℃に加熱する間に、金属表面の酸化皮膜の除去はなされない。そのため、溶解しているロジン銅塩(アビエチン酸の銅(II)塩)は、表面酸化皮膜がない錫ナノ粒子の表面において、下記の置換型還元反応を行うことは困難となっている。   On the coating film of the ink-like solder composition on the copper pad, the 3216 chip component is placed in a shape in which the Sn plating electrode is in close contact. Heat treatment is performed at 220 ° C. for 10 minutes, and then at 270 ° C. for 3 minutes. Since the flux agent is not contained, the oxide film on the metal surface is not removed during heating to 220 ° C. Therefore, it is difficult for the dissolved rosin copper salt (copper (II) salt of abietic acid) to perform the following substitutional reduction reaction on the surface of tin nanoparticles having no surface oxide film.

[(C19H29COO)2Cu:Cu(OOCH29C19)]→2(C1929COO-2Cu2+
(C1929COO-2Cu2++Sn → Cu+(C1929COO-2Sn2+

次に、270℃、3分間の加熱(リフロー)処理では、表面酸化皮膜が残留している錫ナノ粒子の層中に限られた個数の銀粒子が混入している状態で、金属錫の融点を超える結果、錫ナノ粒子の融解は進むが、全体的に均一な組成を示す合金化には達していない。従って、大半の部分では、融解した金属錫が、銅パッドの表面、Snメッキ電極の表面に接触するが、フラックス処理を施さず、錫単体を用いた接合を試みた状態となっている。
[(C 19 H 29 COO) 2 Cu: Cu (OOCH 29 C 19 )] → 2 (C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+
(C 19 H 29 COO ) 2 Cu 2+ + Sn → Cu + (C 19 H 29 COO ) 2 Sn 2+

Next, in the heating (reflow) treatment at 270 ° C. for 3 minutes, the melting point of metallic tin in a state where a limited number of silver particles are mixed in the layer of tin nanoparticles in which the surface oxide film remains. As a result, melting of the tin nanoparticles proceeds, but alloying having a uniform composition as a whole has not been achieved. Therefore, for the most part, the molten metal tin comes into contact with the surface of the copper pad and the surface of the Sn plating electrode, but is not subjected to flux treatment and is in a state of attempting to join using tin alone.

この接合部位の面積サイズ0.8mm2の条件において、3216チップ部品のダイシェア強度の測定を試みたが、室温で、その強度が測定不能であった。すなわち、接合面に酸化皮膜層が残余している結果、ハンダ接合がなされていない状態であった。 An attempt was made to measure the die shear strength of the 3216 chip component under the condition that the area size of the joined portion was 0.8 mm 2 , but the strength could not be measured at room temperature. That is, as a result of the oxide film layer remaining on the bonding surface, solder bonding was not performed.

本発明の微細ハンダ組成物は、配線基板上のハンダ接合用のパッド面上に、電子部品チップの電極をハンダ接合する場合を含め、接合部位の面積が小さなハンダ接合に利用可能である。特には、インクジェット印刷法を適用して、微細なパターン形状で塗布することができるため、配線基板上に高密度で電子部品チップを、鉛フリー・ハンダを利用して、ハンダ接合により実装する際に、インク上のハンダ組成物として好適に利用できる。   The fine solder composition of the present invention can be used for solder bonding in which the area of the bonding portion is small, including the case where the electrode of the electronic component chip is solder bonded onto the solder bonding pad surface on the wiring board. In particular, since it can be applied in a fine pattern shape by applying the ink-jet printing method, when mounting electronic component chips on a wiring board with high density by solder bonding using lead-free solder Furthermore, it can be suitably used as a solder composition on ink.

Claims (9)

平均粒子径が2〜100nmの錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、ならびに、フラックス成分を含み、高沸点の無極性溶媒中に該錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散してなるインク状のハンダ組成物であって、
前記錫ナノ粒子と銀ナノ粒子の混合比率WSn:WAg(但し、WSn+WAg=100とする)を、95:5〜99.5:0,5の範囲に選択し;
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択し;
前記錫ナノ粒子10質量部当たり、前記フラックス成分の添加量を、0.5質量部〜2質量部の範囲に選択し;
前記高沸点の無極性溶媒として、沸点が200℃〜320℃の範囲の、炭化水素系溶剤を選択している
ことを特徴とするインク状のハンダ組成物。
Ink-like solder comprising tin nanoparticles having an average particle diameter of 2 to 100 nm, silver nanoparticles, and a flux component, and the tin nanoparticles and silver nanoparticles are uniformly dispersed in a non-polar solvent having a high boiling point A composition comprising:
The mixing ratio W Sn : W Ag (provided that W Sn + W Ag = 100) of the tin nanoparticles and silver nanoparticles is selected in the range of 95: 5 to 99.5: 0,5;
A ratio d1: d2 between the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1;
The addition amount of the flux component per 10 parts by mass of the tin nanoparticles is selected in the range of 0.5 to 2 parts by mass;
An ink-like solder composition, wherein a hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C to 320 ° C is selected as the non-polar solvent having a high boiling point.
平均粒子径が2〜100nmの錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、有機酸銅塩、ならびに、フラックス成分を含み、高沸点の無極性溶媒中に該錫ナノ粒子と銀ナノ粒子を均一に分散してなるインク状のハンダ組成物であって、
前記錫ナノ粒子、銀ナノ粒子、有機酸銅塩中に含有される銅の配合比率WSn:WAg:WCu(但し、WSn+WAg+WCu=100とする)は、
Snを、95〜99.5の範囲に、
Agを、5〜0.5の範囲に、
Cuを、0.7〜0.1の範囲に選択し、
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択し;
前記錫ナノ粒子10質量部当たり、前記フラックス成分の添加量を、0.5質量部〜2質量部の範囲に選択し;
前記高沸点の無極性溶媒として、沸点が200℃〜320℃の範囲の、炭化水素系溶剤を選択している
ことを特徴とするインク状のハンダ組成物。
Including tin nanoparticles having an average particle diameter of 2 to 100 nm, silver nanoparticles, organic acid copper salt, and a flux component, the tin nanoparticles and silver nanoparticles are uniformly dispersed in a high-polarity nonpolar solvent. An ink-like solder composition comprising:
The compounding ratio W Sn : W Ag : W Cu (provided that W Sn + W Ag + W Cu = 100) of the copper contained in the tin nanoparticles, silver nanoparticles and organic acid copper salt is as follows:
W Sn in the range of 95-99.5,
W Ag in the range of 5-0.5,
Select W Cu in the range of 0.7-0.1,
A ratio d1: d2 between the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1;
The addition amount of the flux component per 10 parts by mass of the tin nanoparticles is selected in the range of 0.5 to 2 parts by mass;
An ink-like solder composition, wherein a hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C to 320 ° C is selected as the non-polar solvent having a high boiling point.
前記有機酸銅塩として、ロジン酸銅が使用されている
ことを特徴とする請求項2に記載のインク状のハンダ組成物。
The ink-like solder composition according to claim 2, wherein rosin acid copper is used as the organic acid copper salt.
該インク状のハンダ組成物の液粘度は、5 mPa・s〜30 mPa・s(20℃)の範囲に選択されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のインク状のハンダ組成物。
The liquid viscosity of the ink-like solder composition is selected in a range of 5 mPa · s to 30 mPa · s (20 ° C.), according to any one of claims 1 to 3. Ink-like solder composition.
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1と銀ナノ粒子の平均粒子径d2の比率d1:d2を、4:1〜10:1の範囲に選択する際、前記の比率を満たす範囲で、
前記錫ナノ粒子の平均粒子径d1を、10〜100nmの範囲に選択し、
前記銀ナノ粒子の平均粒子径d2を、2〜20nmの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のインク状のハンダ組成物。
When the ratio d1: d2 of the average particle diameter d1 of the tin nanoparticles and the average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in the range of 4: 1 to 10: 1, the range satisfying the above ratio,
The average particle diameter d1 of the tin nanoparticles is selected in the range of 10 to 100 nm,
The ink-like solder composition according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter d2 of the silver nanoparticles is selected in a range of 2 to 20 nm.
前記銀ナノ粒子は、その表面の銀原子に対して、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対を利用して、配位的な結合が可能なアルキルアミンにより被覆された状態で、前記高沸点の無極性溶媒中に分散されている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のインク状のハンダ組成物。
The silver nanoparticles are coated with an alkylamine capable of coordinative bonding using a lone electron pair on a nitrogen atom of an amino group with respect to silver atoms on the surface, and the high boiling point is formed. The ink-like solder composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the ink-like solder composition is dispersed in a nonpolar solvent.
前記アルキルアミンの配合量は、前記銀ナノ粒子10質量部あたり、1〜6質量部の範囲に選択されている
ことを特徴とする請求項6に記載のインク状のハンダ組成物。
The ink-like solder composition according to claim 6, wherein the compounding amount of the alkylamine is selected in a range of 1 to 6 parts by mass per 10 parts by mass of the silver nanoparticles.
前記アルキルアミンは、炭素数8〜14の第1アルキルアミンである
ことを特徴とする請求項6または7に記載のインク状のハンダ組成物。
The ink-like solder composition according to claim 6 or 7, wherein the alkylamine is a primary alkylamine having 8 to 14 carbon atoms.
前記フラックス成分として、ロジンまたは水添ロジンを添加している
ことを特徴とする1〜8のいずれか一項に記載のインク状のハンダ組成物。
The ink-like solder composition according to any one of claims 1 to 8, wherein rosin or hydrogenated rosin is added as the flux component.
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