JP2013018010A - 鉛フリーはんだ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉛フリーはんだに、グラフェンまたはグラファイトを添加することとする。鉛フリーはんだが、Biを主成分とし、Agを含み、残りが他の不可避的不純物元素から構成される。鉛フリーはんだが、Biを主成分とし、0<Ag≦11wt%のAgを含む。グラフェンまたはグラファイトの添加量が、5wt%以上で30wt%未満である。
【選択図】なし
Description
そのため、はんだにおいても、使用温度が200℃以上であることが望まれる。しかし、高温化が容易なPbは、RoHS(電子・電機機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合(EU)による指令)により規制されるため、鉛フリーの高温はんだが必要となる。
特許文献1においては、鉛フリーはんだは、それぞれ2wt%から18wt%および98wt%から82wt%の量の銀とビスマスの合金を含むものとされている。このBiAg合金でなる鉛フリーはんだは、メルティングポイントが260℃であり、高温鉛フリーはんだとして期待される。
特許文献1〜3に示されるように、最近では、高温鉛フリーはんだの開発が、急ピッチでおこなわれている。
グラフェンは、非特許文献1のように、2004年に発見された新規のナノカーボン材料である。このグラフェンの移動度は15000cm2/Vsとシリコンに比べて一桁以上高い値を示すことから、産業応用として、様々なものが提案されており、シリコンを超えるトランジスタへの応用、スピン注入デバイス、単分子を検出するガスセンサーなど、多岐にわたっている。中でも導電性薄膜や透明導電膜への適用は注目されており、活発に開発が行なわれている。
また特許文献2に開示された合金は、4元はんだであり、各成分を調整する場合に手間を要する可能性もある。
本発明の目的は、鉛フリーはんだの熱伝導率を向上させ、コストと信頼性とを両立した、200℃以上で使用可能な、高温鉛フリーはんだを提供することにある。
鉛フリーはんだに、グラフェンまたはグラファイトを添加することとする。
鉛フリーはんだが、Biを主成分とし、Agを含み、残りが他の不可避的不純物元素から構成されることが好ましい。
鉛フリーはんだが、Biを主成分とし、0<Ag≦11wt%のAgを含むことが更に好ましい。
グラフェンは、単一層のシート状で添加されることが好ましい。
グラファイトは、グラフェンが2層以上積層されたシート状で添加されることが好ましい。
グラフェンもしくはグラファイトの添加量が、5wt%以上で30wt%未満であることが好ましい。
Agの添加量が上記の範囲であると、Agの有する高融点という効果を保ちつつコストを下げることができるので好ましい。
グラフェンが単層であると、熱伝導率が4000W/mK以上であり、グラファイトの2倍となるので、高温使用時の耐久性が向上するという理由で好ましい。
グラファイトが、グラフェンが2層以上積層されたものであると、熱伝導率はグラフェンに劣るものの、機械的強度が厚くなるほど強くなるため延性が向上するので好ましい。なお、あまりグラファイトが厚くなると、はんだ中での挙動に不都合を起こす場合も有り得るので最高で10層程度が特に好ましい。
グラフェンもしくはグラファイトの添加量が5wt%以上で30wt%未満であると、グラフェンがBiAg合金を架橋し、強度が増加するので好ましい。ただ、グラフェンもしくはグラファイトの添加量が、30wt%を超えると、はんだ自体の特性に影響を与える可能性もあるので、上限は30wt%とすることが特に好ましい。
なお、本発明においては、単層のグラフェンのみをグラフェンと呼び、2層以上グラフェンが積層されたものは、グラファイトと呼ぶものとする。
酸化グラフェンの還元には、純ヒドラジンまたはヒドラジン一水和物を100℃に加熱した酸化グラフェン溶液に添加することで行なっている。加熱温度は、好ましくは50〜120℃、より好ましくは100〜120℃の温度である。
[実施例]
グラファイトの粉末(平均粒径400μm)を1g、NaNO3を0.76g、H2SO4を33.8mlをフラスコに加え、均一になるまで攪拌した。次に、KMnOを44.50gを攪拌しながらフラスコに少量ずつ添加した。その際、フラスコの温度を5〜7℃以下に冷却した。2時間攪拌した後、冷却を停止し、30℃に保った状態で5日間攪拌してスラリーを得た。
アルミナの坩堝に、Biを9.25g、Agを0.25g(Agは5wt%)、上記で作製したグラフェンを0.5g入れたものを、電気炉にて大気雰囲気中で、500℃に加熱することで溶融させた。溶融したことを確認した後、電気炉から坩堝を取り出し、水冷にて直ちに冷却し、1分以内に冷却することで、析出・分離を防止した。
11 グラフェンシート
12 グラフェンシート入りのはんだ
Claims (6)
- 鉛フリーはんだに、グラフェンまたはグラファイトを添加したことを特徴とする鉛フリーはんだ。
- 鉛フリーはんだが、Biを主成分とし、Agを含み、残りが他の不可避的不純物元素から構成されることを特徴とする請求項1に記載の鉛フリーはんだ。
- 鉛フリーはんだが、Biを主成分とし、0<Ag≦11wt%のAgを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鉛フリーはんだ。
- 前記グラフェンは、単一層のシート状で添加されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の鉛フリーはんだ。
- 前記グラファイトは、グラフェンが2層以上積層されたシート状で添加されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の鉛フリーはんだ。
- 前記グラフェンもしくは前記グラファイトの添加量が、5wt%以上で30wt%未満であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の鉛フリーはんだ。
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