JP2017064725A

JP2017064725A - Ａｕ系はんだ粉末及びこの粉末を含むはんだ用ペースト

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Publication number: JP2017064725A
Application number: JP2015189804A
Authority: JP
Inventors: 広太郎岩田; Kotaro Iwata; 樋上　晃裕; Akihiro Higami; 晃裕樋上
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP6507970B2

Abstract

【課題】粉末表面が酸化せずペーストに調製した後でペーストが経時劣化せず、リフロー時のはんだの溶融性と濡れ性に優れる。
【解決手段】中心核がＳｎ、Ｇｅ又はＳｉからなり、被覆層がＡｕであるＡｕ系はんだ粉末である。Ａｕ系はんだ粉末は、中心核がＳｎであるとき、粉末１００質量％中、Ｓｎを１５〜２５質量％含み、残りがＡｕであるか、又は中心核がＧｅであるとき、粉末１００質量％中、Ｇｅを８〜１６質量％含み、残りがＡｕであるか、或いは中心核がＳｉであるとき、粉末１００質量％中、Ｓｉを１〜５質量％含み、残りがＡｕである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品等の実装に用いられる、中心核がＳｎ、Ｇｅ又はＳｉからなり、被覆層がＡｕであるＡｕ系はんだ粉末及びこの粉末を含むはんだ用ペーストに関する。

一般に、Ａｕ系はんだ粉末は、水晶デバイスやＳＡＷデバイス等の封止材用途や、高輝度ＬＥＤやペルチェ素子、またはパワー半導体等のダイボンド用途等の２５０℃程度の高温雰囲気において高い信頼性や高熱伝導性を要求される接合部位に使用される高温はんだの一種である。従来、この種のＡｕ−Ｓｉ系合金、Ａｕ−Ｓｎ系合金又はＡｕ−Ｇｅ系合金からなるＡｕ系はんだ粉末は、回転電極法、アトマイズ法等で製造され、フラックスと混合することにより、Ａｕ系はんだ用ペーストとして利用されている（例えば、特許文献１参照。）。上記Ａｕ系はんだ粉末は、長期間保管した場合には、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｇｅが酸化されやすい元素のため、粉末表面が酸化されやすく、この酸化物とペースト中の活性成分との反応によりペーストの粘度が上昇し、ペーストの印刷不良、濡れ性の劣化等の経時劣化を生じる。

この課題を解決するために、重量％で、Ａｕ−Ｓｉ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金又はＡｕ−Ｇｅ合金からなる金はんだ粉末：８０〜９８％、ペースト化剤：２〜２０％からなり、粘度：２５，０００〜３００，０００センチポアズを有するはんだペーストにおいて、上記はんだペースト化剤に含まれる酸素分子及び水分子中の酸素原子が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするはんだペーストが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。このはんだペーストでは、はんだペースト化剤に含まれる酸素含有量を１００ｐｐｍ以下にするためには、従来のペースト化剤を不活性ガスによりバブリングしたり、蒸留している。

一方、従来より、はんだ粉末表面をめっきによりＡｕで被覆することにより、はんだ粉末表面の酸化を防止する技術が示されている（例えば、特許文献３、４、５参照。）。

特許文献３記載のクリーム半田は、半田を高温に加熱し、溶融状態にした後、不活性ガスとともにノズルにより広い容器内に半田微粒子を作り、これを通常の前処理溶液で活性化した後、無電解のＡｕメッキでＡｕの膜を約０．３μｍ付け、続いてこれをフラックスと樹脂である粘結剤と溶剤とを混合して、作られる。

また特許文献４記載のはんだペーストは、回路基板への部品実装に用いるはんだペーストを、このペーストの他の成分であるフラックス、溶剤、チキソ剤等と混合する前に、はんだ粉末表面を、めっき又は蒸着によりＡｕで被覆することにより、はんだ粉末表面の酸化、有機物汚染を抑えたことを特徴とする。具体的には、はんだ粉末表面をスパッタエッチング又は弱酸液により清浄化した後、めっき又は蒸着により金の薄膜で覆っている。

更に特許文献５記載のはんだペースト用表面被覆Ａｕ−Ｓｎ合金粉末は、Ｓｎ：１５〜２５質量％を含有し、残りがＡｕ及び不可避不純物からなる組成を有するＡｕ−Ｓｎ合金粉末の表面に、厚さ：１０〜１０００ｎｍを有するＡｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕの内のいずれかの貴金属からなる貴金属層を形成してなることを特徴とする。この貴金属層を形成するＡｕ−Ｓｎ合金粉末としては、従来のガスアトマイズＡｕ−Ｓｎ合金粉末が用いられる。そしてこの貴金属層は、上記貴金属を電解又は無電解めっきにより形成されるか、貴金属からなるターゲットを用いてスパッタリングして得られる。このはんだペースト用表面被覆Ａｕ−Ｓｎ合金粉末は、ロジンを含まないペースト化剤に添加しても、従来のはんだペーストに比べて濡れ広がり性に優れ、しかもロジンを含まないのでろう付け後の残渣の発生が少なく、ろう付け後の洗浄工程を省略することができ、しかも良好なはんだ付けを行うことができるのでコストを低減することができる。

特開平３−１５５４９３号公報（特許請求の範囲）特許第３２２７８６８号公報（請求項１、段落［０００５］〜段落［０００８］）特開平４−３０５３９３号公報（請求項１、段落［００１０］）特開平６−１５５０７０号公報（請求項１、請求項２、請求項７、段落［００２３］、図６）特開２００４−１４１９３７号公報（請求項１、段落[０００８]、段落[００１３]、段落[００３８]）

しかしながら、特許文献２に記載されたように、はんだペースト化剤に含まれる酸素分子及び水分子中の酸素原子を１００ｐｐｍ以下にするためには、従来のペースト化剤を不活性ガスによりバブリングしたり、蒸留する必要があり、煩わしかった。

また、特許文献３及び４に記載されたＡｕ被覆の方法は、一度はんだ粒子又ははんだ粉末を形成した後で、この粒子表面又は粉末表面を活性化（特許文献３）又は洗浄化処理（特許文献４）を行ってＡｕめっきしているため、特許文献４の図６に示すように、活性化又は洗浄化処理が不十分である場合、はんだ粉末表面に形成された酸化及び有機物汚染層が残存する。また特許文献５に記載されたＡｕ被覆前のはんだ粉末は市販のガスアトマイズＡｕ−Ｓｎ合金粉末であり、Ａｕ被覆前に特許文献３及び４と同様の前処理を必要とする。このため、特許文献３〜５に記載されたＡｕ被覆のはんだ粉末ではんだ付けを行った際に、依然としてはんだ付け部に溶け残りや酸化物が存在して所望のはんだ付け強度が得られない恐れがあった。

また特許文献３には、Ａｕメッキ膜を約０．３μｍ付けることのみが示され、どんな種類の微粒子でどの位の粒径の微粒子にどの程度Ａｕを被覆するのか、特許文献３には示されていない。Ａｕは高価であるため、はんだ粉末の種類及び粒径に相応したＡｕの被覆量を適切に規定する未だ解決すべき問題点があった。

更に特許文献５記載のはんだペースト用表面被覆Ａｕ−Ｓｎ合金粉末は、Ａｕ被覆層の厚さが１μｍ以下で薄いため、この粉末の保管中に、コアのＡｕ−Ｓｎ成分がＡｕ被覆層内に拡散し、粉末表面がＡｕ−Ｓｎ合金化し、Ａｕ本来の酸化防止機能が劣化する恐れがあった。

本発明の第１の目的は、粉末表面が酸化せずペーストに調製した後でペーストが経時劣化しないはんだ粉末を提供することにある。本発明の第２の目的は、リフロー時の溶融性と濡れ性に優れたＡｕ系はんだ粉末を含むはんだ用ペーストを提供することにある。

本発明の第１の観点は、中心核がＳｎ、Ｇｅ又はＳｉからなり、被覆層がＡｕであり、中心核がＳｎであるとき、粉末１００質量％中、Ｓｎを１５〜２５質量％含み、残りがＡｕであり、中心核がＧｅであるとき、粉末１００質量％中、Ｇｅを８〜１６質量％含み、残りがＡｕであり、中心核がＳｉであるとき、粉末１００質量％中、Ｓｉを１〜５質量％含み、残りがＡｕであることを特徴とするＡｕ系はんだ粉末である。

本発明の第２の観点は、第１の観点のＡｕ系はんだ粉末とはんだ用フラックスとを含むはんだ用ペーストである。

本発明の第３の観点は、第２の観点のはんだ用ペーストを用いて電子部品を実装する方法である。

本発明の第１の観点のＡｕ系はんだ粉末は、中心核がＳｎ、Ｇｅ又はＳｉからなり、被覆層がＡｕであって、Ｓｎ、Ｇｅ又はＳｉを所定量含み、Ａｕを主たる成分とするはんだ粉末である。このように、第１の観点のＡｕ系はんだ粉末では、はんだ粉末表面が所定量Ａｕで被覆されるため、はんだ粉末の表面が酸化せず、酸化によるはんだ用ペーストの濡れ性の劣化が防止される。Ｓｎ、Ｇｅ又はＳｉを共晶組成で含んだときのＡｕ系はんだ粉末の融解温度はＳｎの場合、２８０℃であり、Ｇｅの場合、３６１℃であり、Ｓｉの場合、３６４℃である。このため、融点が１０６４℃のＡｕで被覆されていても、リフロー時にＳｎとＡｕ、ＧｅとＡｕ又はＳｉとＡｕの各界面から溶融が速やかに開始されるとともに、溶融拡散性が良好で、溶融性と濡れ性に優れる。更にＡｕ−Ｓｎに関しては、Ａｕを粉末表面に所定量含むため、特許文献５とは異なり、はんだ粉末を長期間保管しても、はんだ粉末全体がＡｕ−Ｓｎの金属間化合物になりにくく、粉末表面はＡｕで被覆されているので、Ａｕ本来の酸化防止機能が劣化しない。

本発明の第２の観点のはんだ用ペーストは、第１の観点のＡｕ系はんだ粉末を含んでいる。そのため、このはんだ用ペーストは、第１の観点で述べた理由により、酸化防止機能を有しており、その結果、ペーストに調製した後一定時間経過しても、経時劣化が少なく、リフロー時の溶融性に優れるとともに、濡れ性に優れる。

本発明の第３の観点の電子部品を実装する方法では、上記本発明のはんだ用ペーストを用いるため、リフロー時にははんだ用ペーストの溶融の速さと、優れた溶融性により、簡便に、かつ高い精度で実装することができる。

本発明の第１実施形態の中心核がＳｎからなり、被覆層がＡｕであるはんだ粉末の断面構造の一例を模式的に表した図である。本発明の第２実施形態の中心核がＧｅからなり、被覆層がＡｕであるはんだ粉末の断面構造の一例を模式的に表した図である。本発明の第３実施形態の中心核がＳｉからなり、被覆層がＡｕであるはんだ粉末の断面構造の一例を模式的に表した図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

＜第１の実施の形態＞
〔Ａｕ−Ｓｎ系はんだ粉末〕
第１の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、図１に示すように、中心核１１と中心核１１を被覆する被覆層１２で構成され、中心核１１がＳｎからなり、被覆層１２がＡｕである。第１の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、このように、Ｓｎからなる中心核が、Ａｕの被覆層で被覆されたはんだ粉末の構造になっている。この点で特許文献５のようなはんだ粉末の大部分がＡｕ−Ｓｎの合金からなる構造とは異なる。こうしたはんだ粉末構造であるため、粉末表面の酸化が防止され、ペーストに調製した後一定時間経過しても、経時劣化が少なく、リフロー時の溶融性に優れるとともに、濡れ性に優れる。また、融点が１０６４℃のＡｕで被覆されていても、リフロー時に中心核と被覆層の界面に形成されるＡｕ−Ｓｎの金属間化合物から溶融が速やかに開始されて粉末全体が溶融する。

第１の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、平均粒径が１〜５０μｍであることが好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。平均粒径が下限値未満では、比表面積が高くなり易く、はんだ用ペーストにしたときに、ペーストの粘度が高くなり過ぎ、印刷時に不具合を生じ易い。また平均粒径が上限値を超えると、高精細の印刷に適さなくなり、また粉末製造時に液中に均一に分散させるのが困難である不具合を生じ易い。なお、本明細書において、粉末の平均粒径とは、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定装置（堀場製作所社製、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置ＬＡ−９５０）にて測定した体積累積中位径(Ｍｅｄｉａｎ径、Ｄ_５０)をいう。

第１の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、中心核がＳｎであって、粉末１００質量％中、Ｓｎを１５〜２５質量％、好ましくは１８〜２２質量％含み、残りがＡｕであるため、リフロー後は、Ａｕ_５Ｓｎ、ＡｕＳｎからなる融点２８０℃の共晶組成の接合層が形成される。その結果、リフロー後、再溶融及び接合強度の低下が起こりにくく、特に高温雰囲気に晒される電子部品等に好適に実装される。Ｓｎの含有量が１５質量％未満又は２５質量％を超えると、リフロー時においてはんだが十分に溶融しないため、接合不良が発生する。

〔Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の製造方法〕
Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の製造方法では、中心核の形成のためにＳｎ粉末を使用する。このＳｎ粉末の平均粒径は０．７〜３５μｍであることが好ましく、３．５〜１４μｍであることが更に好ましい。上述したＳｎの含有量の範囲を決めるためである。先ず、ｐＨ６に調整したチオ硫酸塩、亜硫酸塩、ナトリウム塩等の水溶液にＳｎ粉末を添加し、更にセルロース系、ビニル系、多価アルコール、ゼラチン、カゼイン等の高分子化合物の分散剤を添加して混合する。これによりＳｎ粉末の分散液を調製する。一方、塩化金、亜硫酸金等の水溶性Ａｕ化合物を水に溶解してＡｕイオン溶液を調製する。またＡｕイオンを還元するのに必要な量のアスコルビン酸塩、チオ尿素、ヒドラジン等の還元剤を水に溶解した還元剤水溶液を調製する。Ａｕイオン溶液の添加割合は、はんだ粉末製造後に、Ａｕの含有割合及びはんだ粉末の平均粒径が所定の範囲になるように調整する。具体的には、Ａｕ８０質量％、Ｓｎ２０質量％の共晶組成になるのに必要なモル濃度になるように調整する。

次に、Ｓｎ粉末分散液を攪拌し、そこにＡｕイオン溶液及び還元剤水溶液を同時に添加し、所定時間攪拌しながら保持する。これにより、液中のＡｕイオンがＳｎ粉末表面上にて還元され、液中に金属粉末が分散した分散液が得られる。この分散液を固液分離し、回収した固形分を水洗し減圧乾燥する。フルイにより乾燥物を解砕することにより、Ｓｎからなる中心核と、この中心核を被覆するＡｕ被覆層で構成された、平均粒径１〜５０μｍのＳｎ核Ａｕ層付きのはんだ粉末が製造される。

＜第２の実施の形態＞
〔Ａｕ−Ｇｅ系はんだ粉末〕
第２の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、図２に示すように、中心核２１と中心核２１を被覆する被覆層２２で構成され、中心核２１がＧｅからなり、被覆層２２がＡｕである。第２の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、このように、Ｇｅからなる中心核が、Ａｕの被覆層で被覆されたはんだ粉末の構造になっている。こうしたはんだ粉末構造であるため、粉末表面の酸化が防止され、ペーストに調製した後ペースト調整後一定時間経過しても、経時劣化が少なく、リフロー時の溶融性に優れるとともに、濡れ性に優れる。

第２の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、第１の実施形態と同じ平均粒径が１〜５０μｍであることが好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。

第２の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、中心核がＧｅであって、粉末１００質量％中、Ｇｅを８〜１６質量％、好ましくは１１〜１３質量％含み、残りがＡｕである。その結果、リフロー後、再溶融及び接合強度の低下が起こりにくく、特に高温雰囲気に晒される電子部品等に好適に実装される。Ｇｅの含有量が８質量％未満又は１６質量％を超えると、リフロー時においてはんだが十分に溶融しないため、接合不良が発生する。

〔Ａｕ−Ｇｅ合金はんだ粉末の製造方法〕
Ａｕ−Ｇｅ合金はんだ粉末の製造方法では、中心核の形成のためにＧｅ粉末を使用する。このＧｅ粉末の平均粒径は０．７〜３５μｍであることが好ましく、３．５〜１４μｍであることが更に好ましい。上述したＧｅの含有量の範囲を決めるためである。先ず、ｐＨ６に調整したチオ硫酸塩、亜硫酸塩、ナトリウム塩等の水溶液にＧｅ粉末を添加し、更にセルロース系、ビニル系、多価アルコール、ゼラチン、カゼイン等の高分子化合物の分散剤を添加して混合する。これによりＧｅ粉末の分散液を調製する。一方、塩化金、亜硫酸金等の水溶性Ａｕ化合物を水に溶解してＡｕイオン溶液を調製する。またＡｕイオンを還元するのに必要な量のアスコルビン酸塩、チオ尿素、ヒドラジン等の還元剤を水に溶解した還元剤水溶液を調製する。Ａｕイオン溶液の添加割合は、はんだ粉末製造後に、Ａｕの含有割合及びはんだ粉末の平均粒径が所定の範囲になるように調整する。具体的には、Ａｕ８８質量％、Ｇｅ１２質量％の共晶組成になるのに必要なモル濃度になるように調整する。

次に、Ｇｅ粉末分散液を攪拌し、そこにＡｕイオン溶液及び還元剤水溶液を同時に添加し、所定時間攪拌しながら保持する。これにより、液中のＡｕイオンがＧｅ粉末表面にて還元され、液中に金属粉末が分散した分散液が得られる。この分散液を固液分離し、回収した固形分を水洗し減圧乾燥する。フルイにより乾燥物を解砕することにより、Ｇｅからなる中心核と、この中心核を被覆するＡｕ被覆層で構成された、平均粒径１〜５０μｍのＧｅ核Ａｕ層付きのはんだ粉末が製造される。

＜第３の実施の形態＞
〔Ａｕ−Ｓｉ系はんだ粉末〕
第３の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、図３に示すように、中心核３１と中心核３１を被覆する被覆層３２で構成され、中心核３１がＳｉからなり、被覆層３２がＡｕである。第２の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、このように、Ｓｉからなる中心核が、Ａｕの被覆層で被覆されたはんだ粉末の構造になっている。こうしたはんだ粉末構造であるため、粉末表面の酸化が防止され、ペーストに調製した後ペースト調整後一定時間経過しても、経時劣化が少なく、リフロー時の溶融性に優れるとともに、濡れ性に優れる。

第３の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、第１の実施形態と同じ平均粒径が１〜５０μｍであることが好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。

第３の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、中心核がＳｉであって、粉末１００質量％中、Ｓｉを１〜５質量％、好ましくは２．５〜３．５質量％含み、残りがＡｕである。その結果、リフロー後、再溶融及び接合強度の低下が起こりにくく、特に高温雰囲気に晒される電子部品等に好適に実装される。Ｓｉの含有量が１質量％未満又は５質量％を超えると、リフロー時においてはんだが十分に溶融しないため、接合不良が発生する。

〔Ａｕ−Ｓｉ合金はんだ粉末の製造方法〕
Ａｕ−Ｓｉ合金はんだ粉末の製造方法では、中心核の形成のためにＳｉ粉末を使用する。このＳｉ粉末の平均粒径は０．６〜３０μｍであることが好ましく、３〜１２μｍであることが更に好ましい。上述したＳｉの含有量の範囲を決めるためである。先ず、ｐＨ６に調整したチオ硫酸塩、亜硫酸塩、ナトリウム塩等の水溶液にＳｉ粉末を添加し、更にセルロース系、ビニル系、多価アルコール、ゼラチン、カゼイン等の高分子化合物の分散剤を添加して混合する。これによりＳｉ粉末の分散液を調製する。一方、塩化金、亜硫酸金の水溶性Ａｕ化合物を水に溶解してＡｕイオン溶液を調製する。またＡｕイオンを還元するのに必要な量のアスコルビン酸塩、チオ尿素、ヒドラジン等の還元剤を水に溶解した還元剤水溶液を調製する。Ａｕイオン溶液の添加割合は、はんだ粉末製造後に、Ａｕの含有割合及びはんだ粉末の平均粒径が所定の範囲になるように調整する。具体的には、Ａｕ９６．８５質量％、Ｓｉ３．１５質量％の共晶組成になるのに必要なモル濃度になるように調整する。

次に、Ｓｉ粉末分散液を攪拌し、そこにＡｕイオン溶液及び還元剤水溶液を同時に添加し、所定時間攪拌しながら保持する。これにより、液中のＡｕイオンがＳｉ粉末表面にて還元され、液中に金属粉末が分散した分散液が得られる。この分散液を固液分離し、回収した固形分を水洗し減圧乾燥する。フルイにより乾燥物を解砕することにより、Ｓｉからなる中心核と、この中心核を被覆するＡｕ被覆層で構成された、平均粒径１〜５０μｍのＳｉ核Ａｕ層付きのはんだ粉末が製造される。

〔はんだ用ペースト及びその調製方法〕
以上の工程により、得られた第１〜第３の実施形態のＡｕ系はんだ粉末は、はんだ用フラックスと混合してペースト化して得られるはんだ用ペーストの材料として好適に用いられる。はんだ用ペーストの調製は、はんだ粉末とはんだ用フラックスとを所定の割合で混合してペースト化することにより行われる。はんだ用ペーストの調製に用いられるはんだ用フラックスは、特に限定されないが、溶剤、ロジン、チキソ剤及び活性剤等の各成分を混合して調製されたフラックスを用いることができる。

上記はんだ用フラックスの調製に好適な溶剤としては、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、α−テルピネオール等の沸点が１８０℃以上である有機溶剤が挙げられる。また、ロジンとしては、ガムロジン、水添ロジン、重合ロジン、エステルロジン等が挙げられる。

また、チキソ剤としては、硬化ひまし油、脂肪酸アマイド、天然油脂、合成油脂、Ｎ，Ｎ’−エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリルアミド、１２−ヒドロキシステアリン酸、１，２，３，４−ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール及びその誘導体等が挙げられる。

また、活性剤としては、ハロゲン化水素酸アミン塩が好ましく、具体的には、トリエタノールアミン、ジフェニルグアニジン、エタノールアミン、ブチルアミン、アミノプロパノール、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンラウレルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、メトキシプロピルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、エチルヘキシルアミン、エトキシプロピルアミン、エチルヘキシルオキシプロピルアミン、ビスプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ピペリジン、２，６−ジメチルピペリジン、アニリン、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、３−アミノ−１−プロペン、イソプロピルアミン、ジメチルヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン等のアミンの塩化水素酸塩又は臭化水素酸塩が挙げられる。

はんだ用フラックスは、上記各成分を所定の割合で混合することにより得られる。フラックス全体量１００質量％中に占める溶剤の割合は３０〜６０質量％、チキソ剤の割合は１〜１０質量％、活性剤の割合は０．１〜１０質量％とするのが好ましい。溶剤の割合が下限値未満では、フラックスの粘度が高くなりすぎるため、これを用いたはんだ用ペーストの粘度も応じて高くなり、はんだの充填性低下や塗布ムラが多発する等、印刷性が低下する不具合を生じる場合がある。一方、上限値を越えるとフラックスの粘度が低くなりすぎるため、これを用いたはんだ用ペーストの粘度も応じて低くなることから、はんだ粉末とフラックス成分が沈降分離する不具合を生じる場合がある。また、チキソ剤の割合が下限値未満では、はんだ用ペーストの粘度が低くなりすぎるため、はんだ粉末とフラックス成分が沈降分離するという不具合を生じる場合がある。一方、上限値を越えるとはんだ用ペーストの粘度が高くなりすぎるため、はんだ充填性や塗布ムラ等の印刷性低下という不具合を生じる場合がある。また、活性剤の割合が下限値未満では、はんだ粉末が溶融せず、十分な接合強度が得られないという不具合を生じる場合があり、一方、上限値を越えると保管中に活性剤がはんだ粉末と反応し易くなるため、はんだ用ペーストの保存安定性が低下するという不具合を生じる場合がある。この他、はんだ用フラックスには、粘度安定剤を添加しても良い。粘度安定剤としては、溶剤に溶解可能なポリフェノール類、リン酸系化合物、硫黄系化合物、トコフェノール、トコフェノールの誘導体、アルコルビン酸、アルコルビン酸の誘導体等が挙げられる。粘度安定剤は、多すぎるとはんだ粉末の溶融性が低下する等の不具合が生じる場合があるため、１０質量％以下とするのが好ましい。

はんだ用ペーストを調製する際のはんだ用フラックスの混合量は、調製後のペースト１００質量％中に占める該フラックスの割合が５〜３０質量％になる量にするのが好ましい。下限値未満ではフラックス不足でペースト化が困難になり、一方、上限値を越えるとペースト中のフラックスの含有割合が多すぎて金属の含有割合が少なくなってしまい、はんだ溶融時に所望のサイズのはんだバンプを得るのが困難になるからである。

このはんだ用ペーストは、上記本発明のはんだ粉末を材料としているため、リフロー時の溶融が速く、溶融性に優れる。このため、本発明のはんだ用ペーストは、特に高温雰囲気に晒される電子部品等の実装に好適に用いることができる。

〔はんだ用ペーストを用いた電子部品の実装方法と接合体〕
上記方法で調製されたはんだ用ペーストを用いてシリコンチップ、ＬＥＤチップ等の電子部品を各種放熱基板、ＦＲ４(Flame Retardant Type 4)基板、コバール等の基板に実装するには、ピン転写法にて上記基板の所定位置にはんだ用ペーストを転写するか、又は印刷法により所定位置にはんだ用ペーストを印刷する。次いで、転写又は印刷されたペースト上に電子部品であるチップ素子を搭載する。この状態で、リフロー炉にて窒素雰囲気中、３００〜４００℃の温度で、５〜３０分間保持して、チップ素子を接合する。場合によっては、チップ素子と基板とを加圧しながら接合してもよい。これにより、チップ素子と基板とを接合させて接合体を得て、電子部品を基板に実装する。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

＜実施例１＞
先ず、水１００ｍｌにチオ硫酸ナトリウムを０．０２モル、亜硫酸ナトリウムを０．０２モル、塩化アンモニウムを０．０２モルをそれぞれ加え、スターラを用いて３００ｒｐｍの回転速度で５分間攪拌し、溶解液を調製した。この溶解液に平均粒径７．５μｍのＳｎ粉末０．２０ｇを添加した後、分散剤として平均分子量が５００のポリビニルアルコールを０．１ｇ加え、更に３００ｒｐｍの回転速度で１０分間攪拌し、Ｓｎ粉末分散液を得た。次いで、水５０ｍｌに塩化金酸ナトリウム０．００２５モルを加え、スターラを用いて３００ｒｐｍの回転速度で５分間攪拌し、Ａｕイオン溶液を調製した。次に、水５０ｍｌにアスコルビン酸ナトリウム０．０２５モルを加え、スターラを用いて３００ｒｐｍの回転速度で５分間攪拌し、還元剤水溶液を調製した。攪拌しているＳｎ粉末分散液にＡｕイオン溶液及び還元剤水溶液を５ｍｌ／分の速度で同時に添加した。全量を添加した後、液を１２時間静置して金属粉末スラリーを得た。得られたスラリーを吸引ろ過し、固形分を水洗した。これを真空乾燥機で乾燥することにより、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．７μｍのＡｕ−Ｓｎはんだ粉末を得た。

＜実施例２＞
平均粒径３０．１μｍのＳｎ粉末を０．２０ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径４０．２μｍのＡｕ−Ｓｎはんだ粉末を得た。

＜実施例３＞
平均粒径１．７μｍのＳｎ粉末を０．２０ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径２．３μｍのＡｕ−Ｓｎはんだ粉末を得た。

＜実施例４＞
平均粒径７．５μｍのＳｎ粉末を０．２５ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１１．３μｍのＡｕ−Ｓｎはんだ粉末を得た。

＜実施例５＞
平均粒径７．５μｍのＳｎ粉末を０．１５ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．６μｍのＡｕ−Ｓｎはんだ粉末を得た。

＜実施例６＞
平均粒径６．５μｍのＧｅ粉末を０．１２ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径９．４μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜実施例７＞
平均粒径２５μｍのＧｅ粉末を０．１２ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径３８．１μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜実施例８＞
平均粒径１．８μｍのＧｅ粉末を０．１２ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径２．６μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜実施例９＞
平均粒径６．５μｍのＧｅ粉末を０．１５ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１１．０μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜実施例１０＞
平均粒径６．５μｍのＧｅ粉末を０．０９ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．６μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜実施例１１＞
平均粒径７．０μｍのＳｉ粉末を０．０３ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１１．７μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜実施例１２＞
平均粒径２５μｍのＳｉ粉末を０．０３ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径４２．１μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜実施例１３＞
平均粒径１．５μｍのＳｉ粉末を０．０３ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径２．６μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜実施例１４＞
平均粒径６．５μｍのＳｉ粉末を０．０２ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．２μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜実施例１５＞
平均粒径６．５μｍのＳｉ粉末を０．０５ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．７μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜比較例１＞
平均粒径７．５μｍのＳｎ粉末を０．３０ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１１．１μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜比較例２＞
平均粒径７．５μｍのＳｎ粉末を０．１０ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．１μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜比較例３＞
平均粒径６．５μｍのＧｅ粉末を０．１８ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．６μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜比較例４＞
平均粒径６．５μｍのＧｅ粉末を０．０６ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１１．３μｍのＡｕ−Ｇｅはんだ粉末を得た。

＜比較例５＞
平均粒径６．５μｍのＳｉ粉末を０．００１ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１０．０μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜比較例６＞
平均粒径６．５μｍのＳｉ粉末を０．０７ｇ添加した以外は、実施例１と同様にして、粉末表面にＡｕで被覆された平均粒径１１．５μｍのＡｕ−Ｓｉはんだ粉末を得た。

＜比較例７＞
平均粒径１０．２μｍのＡｕＳｎアトマイズ合金粉末を比較例１３のはんだ粉末とした。

＜比較例８＞
平均粒径１０．７μｍのＡｕＧｅアトマイズ合金粉末を比較例１４のはんだ粉末とした。

＜比較例９＞
平均粒径９．５μｍのＡｕＳｉアトマイズ合金粉末を比較例１５のはんだ粉末とした。

＜比較試験及び評価＞
実施例１〜１５及び比較例１〜９で得られたはんだ粉末について、次に述べる方法により、はんだ粉末の組成分析、得られたはんだ粉末を用いて作製したはんだ用ペーストの濡れ性を調べた。はんだ用ペーストは溶融しないと下地に濡れないため、濡れ性を調べることで、溶融性を評価した。これらの結果を以下の表１に示す。

(1) はんだ粉末の組成：誘導結合プラズマ発光分光分析（島津製作所社製ＩＣＰ発光分析装置：ＩＣＰＳ−７５１０）により金属元素含有量を測定した。

(2) はんだ用ペーストの濡れ性：実施例１〜１５及び比較例１〜９で得られたはんだ粉末９３質量％とフラックス中の活性成分７質量％を含むフラックス７質量％とを混合してはんだ用ペーストを調製した。このはんだ用ペーストの濡れ性をＪＩＳＺ３２８４に記されている「ぬれ効力及びディウエッティング試験」に準じて行った。評価についても同様に濡れ広がり度合いを１〜４に区分した。はんだ用ペーストの濡れ性は、ペースト調製直後と、ペースト調製してから３ヶ月経過後と、ペースト調製してから６ヶ月経過後のペーストの濡れ広がりの度合いをそれぞれ判定した。ここで、はんだ用ペーストの調製直後及び保管中の温度は２５℃に維持した。なお、表１において、「１」が濡れ広がり度合いが最も濡れ性に優れることを示し、「４」が最も濡れ性が悪いことを示す。

表１から明らかなように、実施例１〜１５と比較例１〜９とを比較すると次のことが分かった。Ａｕ−Ｓｎについて実施例１〜５と比較例１、２を、Ａｕ−Ｇｅについて実施例６〜１０と比較例３、４を、Ａｕ−Ｓｉについて実施例１１〜１５と比較例５、６をそれぞれ比較すると、比較例１〜６の共晶組成から外れた粉末を用いたはんだ用ペーストは、リフロー時に全く溶融せず、また濡れ広がりの度合いは「３」と悪かった。これはペースト調製直後、１ヶ月後、６ヶ月後でも同じであった。これに対してはんだ粉末の組成が所定の範囲の内、好ましい範囲内にある実施例１〜３、６〜８、１１〜１３の共晶組成である粉末を用いたはんだ用ペーストは、リフロー時に溶融し、濡れ広がりの度合いは「１」であった。上記好ましい範囲から外れたもののはんだ粉末の組成が所定の範囲内にある実施例４、５、９、１０、１４、１５のはんだ用ペーストの濡れ広がりの度合いは「２」であった。アトマイズ粉末を用いた比較例７〜９のはんだ用ペーストは、ペースト調製直後は、濡れ広がりの度合いは「１」であったが、１ヶ月後は「２」と悪化し、６ヶ月後は「３」と更に悪化した。以上のことから、実施例１〜１５のはんだ用ペーストは、比較例１〜９と比べて、実施例１〜１５で用いたはんだ粉末が粉末表面がＡｕで被覆されているため、粉末表面の酸化を防止する効果があり、これにより経時安定性が向上していること、及びこれらのはんだ粉末がＳｎ、Ｇｅ又はＳｉを所定量含むため、濡れ性に優れていることが分かった。

本発明は、長期間保管することがあるはんだ粉末に好適に利用できる。また電子部品の実装、特に高温雰囲気に晒される電子部品の実装に好適に利用できる。

１０、２０、３０Ａｕ系はんだ粉末
１１、２１、３１中心核
１２、２２、３２被覆層

Claims

中心核がＳｎ、Ｇｅ又はＳｉからなり、被覆層がＡｕであって、
中心核がＳｎであるとき、粉末１００質量％中、Ｓｎを１５〜２５質量％含み、残りがＡｕであり、
中心核がＧｅであるとき、粉末１００質量％中、Ｇｅを８〜１６質量％含み、残りがＡｕであり、
中心核がＳｉであるとき、粉末１００質量％中、Ｓｉを１〜５質量％含み、残りがＡｕである
ことを特徴とするＡｕ系はんだ粉末。
請求項１記載のＡｕ系はんだ粉末とはんだ用フラックスとを含むはんだ用ペースト。
請求項２記載のはんだ用ペーストを用いて電子部品を実装する方法。