JP7145855B2 - マイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだ及びその調製方法 - Google Patents
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Description
1.低温はんだ付け又は低温溶接とは、はんだ付け温度200℃以下で電子部品をはんだ付けを行うことを指す。
ワー超音波による分散で錫ベース合金はんだ粉末を強化する条件は、超音波周波数が10kHz~30kHz、パワーが1kW~10kWであり、ステップA4を実施する際に機械で前記マイクロ/ナノ粒子 を分散させ、機械による分散で錫ベース合金はんだ粉末を
強化する条件は、高速回転分散パドルの線速度が10m/s~100m/sであり、ステップA5を実施して得たマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末を、機械又は気流で篩い分け、粒径規格の異なる粒子粉末を得て、規格寸法がT3~T8型のマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末を製造して使用に備えるステップA6をさらに含む。
Claims (10)
- 低温はんだ付けに用いるマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調整方法であって、
該マイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの成分は、質量パーセントで、
60~70%のSnBi系低融点合金はんだ粉末と、
10~30%の、マイクロ/ナノレベル粒子のCu、Ag、Sbのうちの1種又は2種と溶融金属Snとが分散、混合、霧化されて形成された合金粉末である、マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末と、
残りの部分のフラックスと、を含み、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末は、SnBi、SnBiAg及びSnBiSbはんだ粉末のうちの1種又は複数種であり、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBi合金はんだ粉末はSnBi58であり、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBiAg合金はんだ粉末は、SnBi57Ag1、SnBi57.6Ag0.4、SnBi35Ag1及びSnBi35Ag0.3のうちのいずれか1種であり、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBiSb合金はんだ粉末はSnBi57Sb1であり、
前記SnBi、SnBiAg及びSnBiSbはんだ粉末うちのいずれか1種又は複数種を混合して形成された前記SnBi系低融点合金はんだ粉末は、SnBi系低融点合金はんだ粉末における各金属の含有量比率が、質量パーセントで、銀Ag0~1%、アンチモンSb0~3%、ビスマスBi35~58%であり、残りの部分は錫Snであり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末は、SnCu、SnAg、SnAgCu及びSnSb合金はんだ粉末のうちのいずれか1種又は複数種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnCu合金は、SnCu0.7、SnCu1及びSnCu3合金のうちのいずれか1種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnAg合金は、SnAg3、SnAg3.5及びSnAg4のうちのいずれか1種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnAgCu合金は、SnAg0.3Cu0.7、SnAg1Cu0.5及びSnAg3Cu0.5のうちのいずれか1種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnSb合金は、SnSb10、SnSb5のうちのいずれか1種である
ことを特徴とする、マイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調整方法。 - 前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBiAg合金はんだ粉末は、SnBi35Ag0.3である
ことを特徴とする、請求項1に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調整方法。 - 前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の成分は、質量パーセントで、ニッケルNi0.01~0.1%、セリウムCe0.001~0.05%、コバルトCo0.001~0.1%、ナノ状グラファイト0.1~0.9%及びカーボンナノチューブ0.01~0.05%の粉末粒子のうちのいずれか1種又は複数種をさらに含む
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調整方法。 - 低温はんだ付けの複合はんだの製造に用いるマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法であって、
金属錫Snを345~355℃に加熱し溶融させて、液体金属錫SnにするステップA1と、
ステップA1を実施して得た液体金属錫Snに、銅Cu、銀Ag、アンチモンSbのうちのいずれか1種または2種を含むマイクロ/ナノレベル金属粒子を添加するステップA2と、
ステップA2を実施して得た液体混合金属に酸化防止剤を添加し、且つ該液体混合金属を置いた空間内が負圧状態になるまで余分な空気を吸い出すステップA3と、
ステップA3を実施して得た液体混合金属を、温度が345~355℃の負圧密封状態で保温し、ハイパワー超音波又は機械方式で30~90分間分散処理を行って、前記マイクロ/ナノレベル金属粒子を十分に分散させて、マイクロ/ナノ金属粒子が高度に分散したマイクロ/ナノ粒子強化型液体錫ベース金属にするステップA4と、
ステップA4を実施し、分散処理を完了して温度が345~355℃の範囲にある液体錫ベース金属を霧化チャンバへ搬送して、霧化、分散、成形処理を行い、該霧化チャンバの作業条件は温度が0~50℃の範囲に制御され、且つ霧化チャンバ内の環境は酸素含有量が400~2000ppmに制御され、前記霧化チャンバが採用する霧化方式は、超音波霧化、遠心霧化又はエア霧化の方式を含み、霧化、分散、成形処理された液体錫ベース金属が急速に冷却されて微細な金属粒子、即ちマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末となるステップA5と、を含み、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末は、SnCu、SnAg、SnAgCu及びSnSb合金はんだ粉末のうちのいずれか1種又は複数種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnCu合金は、SnCu0.7、SnCu1及びSnCu3合金のうちのいずれか1種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnAg合金は、SnAg3、SnAg3.5及びSnAg4のうちのいずれか1種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnAgCu合金は、SnAg0.3Cu0.7、SnAg1Cu0.5及びSnAg3Cu0.5のうちのいずれか1種であり、
前記マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末におけるSnSb合金は、SnSb10、SnSb5のうちのいずれか1種である
ことを特徴とする、マイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法。 - ステップA2を実施する際に添加する前記マイクロ/ナノレベル金属粒子の直径寸法の範囲は、30nm~8μmであり、
ステップA3を実施する際に、酸化防止剤を添加して液体混合金属を置いた空間が-0.1Mpaになるまで余分な空気を吸い出し、且つこの負圧状態をステップA4の全プロセスにおいて維持する
ことを特徴とする、請求項4に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法。 - ステップA2を実施する際に添加するマイクロ/ナノレベル粒子は、質量パーセントで、ニッケルNi0.01~0.1%、セリウムCe0.001~0.05%、コバルトCo0.001~0.1%、ナノ状グラファイト0.1~0.9%及びカーボンナノチューブ0.01~0.05%の粒子のうちのいずれか1種又は複数種をさらに含む
ことを特徴とする、請求項4に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法。 - ステップA3を実施する際に添加する酸化防止剤は、松脂又はLiCl-KCl溶融塩を含み、
ステップA4を実施する際にハイパワー超音波で前記マイクロ/ナノ粒子を分散させ、パワー超音波による分散で錫ベース合金はんだ粉末を強化する条件は、超音波周波数が10kHz~30kHz、パワーが1kW~10kWであり、
ステップA4を実施する際に機械で前記マイクロ/ナノ粒子を分散させ、機械による分散で錫ベース合金はんだ粉末を強化する条件は、高速回転分散パドルの線速度が10m/s~100m/sであり、
前記強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法は、
ステップA5を実施して得たマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末を、機械又は気流で篩い分け、粒径規格の異なる粒子粉末を得て、規格寸法がT3~T8型のマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末を製造して使用に備えるステップA6をさらに含む
ことを特徴とする、請求項4に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法。 - 低温はんだ付けに用いるマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調製方法であって、
請求項4~7のいずれか1項に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末の調製方法により得たマイクロ/ナノ粒子強化型錫ベース合金はんだ粉末を、質量パーセントで10~40%計量し、さらに、質量パーセントで、50~80%のSnBi系低融点合金はんだ粉末と、8~15%のフラックスをそれぞれ計量するステップBと、
室温条件で、ステップBを実施して計量した各成分を機械で均一に攪拌して、低温はんだ付けに用いるマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだを得るステップCと、を含み、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末は、SnBi、SnBiAg及びSnBiSbはんだ粉末のうちの1種又は複数種であり、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBi合金はんだ粉末はSnBi58であり、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBiAg合金はんだ粉末は、SnBi57Ag1、SnBi57.6Ag0.4、SnBi35Ag1及びSnBi35Ag0.3のうちのいずれか1種であり、
前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBiSb合金はんだ粉末はSnBi57Sbであり、
前記SnBi、SnBiAg及びSnBiSbはんだ粉末うちのいずれか1種又は複数種を混合して形成された前記SnBi系低融点合金はんだ粉末は、SnBi系低融点合金はんだ粉末における各金属の含有量比率が、質量パーセントで、銀Ag0~1%、アンチモンSb0~3%、ビスマスBi35~58%であり、残りの部分は錫Snである
ことを特徴とする、マイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調製方法。 - 前記SnBi系低融点合金はんだ粉末におけるSnBiAg合金はんだ粉末は、SnBi35Ag0.3である
ことを特徴とする、請求項8に記載のマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだの調製方法。 - 請求項1~3、8及び9のいずれか1項に記載の調製方法により調製されたマイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだを用いてはんだ付けを行い、はんだ接合点又ははんだ継目を成形する方法であって、
前記はんだ接合点又ははんだ継目は、電子部品とそれが取り付けられる基板との間で、導電性、熱伝導性及び機械的強度を兼ね備える接続物質であり、
前記はんだ接合点又ははんだ継目は、リフロー又は熱溶融によるはんだ付けで形成されたものであり、
前記リフロー又は熱溶融によるはんだ付けが採用するはんだの形式は、マイクロ/ナノ粒子強化型複合はんだのペースト、あらかじめ成形されたはんだ片、はんだテープ及びはんだワイヤーを含み、
前記リフロー又は熱溶融の加熱温度は、はんだ付けのピーク温度を200℃以下、140℃以上の時間を4分以上、180℃以上の時間を2分以上とし、
はんだ付けにより形成されるはんだ接合点又ははんだ継目の金属結晶は、等方性構造であり、且つ網状又はデンプル状を呈し、樹枝状SnBi共晶体は存在せず、
前記はんだ接合点又ははんだ継目の合金は、質量パーセントで、ビスマスBi19.4~51.2%、銅Cu0.01~1.3%、銀Ag0.01~1.8%、アンチモンSb0.01~0.6%、ニッケルNi0~0.05%、セリウムCe0~0.02%、コバルトCo0~0.04%、ナノ状グラファイト0~0.36%及びカーボンナノチューブ0~0.02%であり、残りの部分は錫Sn及びやむを得ず含まれる少量の基板合金元素である
ことを特徴とする、はんだ接合点又ははんだ継目の成形方法。
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