JP7534693B1 - Metal and Electronic Devices - Google Patents

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JP7534693B1 JP2023211098A JP2023211098A JP7534693B1 JP 7534693 B1 JP7534693 B1 JP 7534693B1 JP 2023211098 A JP2023211098 A JP 2023211098A JP 2023211098 A JP2023211098 A JP 2023211098A JP 7534693 B1 JP7534693 B1 JP 7534693B1
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咲枝 岡田
秀太 赤塚
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Senju Metal Industry Co Ltd
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

【課題】Gaを含有し、液体金属を含有しつつも、酸化しにくい金属等を提供する。【解決手段】本発明のある態様による金属は、2~30質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む。本発明の別の態様による金属は、1~35質量%のIn、5~20質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む。本発明のさらに別の態様による金属は、0~20質量%のIn、0~6質量%のSn、0.1~3.5質量%のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む。【選択図】図1[Problem] To provide a metal or the like which contains Ga and is resistant to oxidation while containing liquid metal. [Solution] A metal according to one aspect of the present invention comprises a liquid metal or liquid metal and solid metal at 35°C consisting of 2-30 mass% Sn, 0.01-2 mass% Zn, 0.01-30 mass% Bi, and the balance being Ga. A metal according to another aspect of the present invention comprises a liquid metal or liquid metal and solid metal at 35°C consisting of 1-35 mass% In, 5-20 mass% Sn, 0.01-2 mass% Zn, 0.01-30 mass% Bi, and the balance being Ga. A metal according to yet another aspect of the present invention comprises a liquid metal or liquid metal and solid metal at 35°C consisting of 0-20 mass% In, 0-6 mass% Sn, 0.1-3.5 mass% Zn, 0.1-1.0 mass% Bi, and the balance being Ga. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、金属及び当該金属を用いた電子装置に関する。 The present invention relates to metals and electronic devices using such metals.

従来から液体金属の提供が試みられており、例えば特許文献1では、共晶ガリウム合金と、ガリウム合金内にマイクロ構造として分布する酸化ガリウムシートとを備え、共晶ガリウム合金と酸化ガリウムとの混合物は、重量パーセント(wt%)で約59.9%から約99.9%の共晶ガリウム合金と、wt%で約0.1%から約2.0%の酸化ガリウムとを有する、導電性ずり減粘ゲル組成の提供が提案されている。 There have been attempts to provide liquid metals in the past. For example, Patent Document 1 proposes providing a conductive shear-thinning gel composition that includes a eutectic gallium alloy and a gallium oxide sheet distributed as a microstructure within the gallium alloy, the mixture of the eutectic gallium alloy and gallium oxide having about 59.9% to about 99.9% eutectic gallium alloy by weight percent (wt%) and about 0.1% to about 2.0% gallium oxide by wt%.

特表2019-516208号Special Publication No. 2019-516208

液体金属は放熱効果が高いことから、特にはんだや導電性接着剤では昨今注目を集めている。他方、特許文献1で開示されているようなGaを含有する液体金属を含む金属では、Gaが酸化しやすいという性質のもと、水素を発生しながら酸化物が成長する事により、形状変化や放熱性が低下するという問題がある。特に高温高湿下では、Gaが選択的に酸化する傾向が強くなる。 Liquid metals have been attracting attention in recent years, particularly in solders and conductive adhesives, due to their high heat dissipation effect. On the other hand, metals that contain Ga-containing liquid metals, such as those disclosed in Patent Document 1, have the problem that Ga is easily oxidized, and as oxides grow while generating hydrogen, this can cause shape changes and reduce heat dissipation. In particular, Ga has a strong tendency to be selectively oxidized under high temperature and humidity conditions.

本発明では、Gaを含有し、液体金属を含有しつつも、酸化しにくい金属や当該金属を用いた電子装置を提供する。 The present invention provides a metal that contains Ga and is liquid metal but is resistant to oxidation, and an electronic device that uses this metal.

[概念1]
本発明による金属は、
2~30質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含んでもよい。
[Concept 1]
The metal according to the present invention is
It may contain a liquid metal or a liquid metal and a solid metal at 35° C. consisting of 2 to 30 mass % Sn, 0.01 to 2 mass % Zn, 0.01 to 30 mass % Bi, and the balance Ga.

[概念2]
本発明による金属は、
1~35質量%のIn、5~20質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含んでもよい。
[Concept 2]
The metal according to the present invention is
It may contain a liquid metal or a liquid metal and a solid metal at 35° C. consisting of 1 to 35 mass % In, 5 to 20 mass % Sn, 0.01 to 2 mass % Zn, 0.01 to 30 mass % Bi, and the balance Ga.

[概念3]
概念1による金属において、
Znを0.5質量%未満で含有してもよい。
[Concept 3]
In the metal according to concept 1,
Zn may be contained in an amount of less than 0.5 mass %.

[概念4]
概念2による金属において、
Znを1質量%未満で含有してもよい。
[Concept 4]
In the metal according to concept 2,
Zn may be contained in an amount of less than 1 mass %.

[概念5]
概念1乃至4のいずれか1つによる金属において、
Biを1.5質量%以下で含有してもよい。
[Concept 5]
In the metal according to any one of concepts 1 to 4,
The alloy may contain Bi in an amount of 1.5 mass % or less.

[概念6]
本発明による金属は、
0~20質量%のIn、0~6質量%のSn、0.1~3.5質量%のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含んでもよい。
[Concept 6]
The metal according to the present invention is
It may contain a liquid metal or a liquid metal and a solid metal at 35° C. consisting of 0 to 20 mass % In, 0 to 6 mass % Sn, 0.1 to 3.5 mass % Zn, 0.1 to 1.0 mass % Bi, and the balance Ga.

[概念7]
概念6による金属において、
Snを4.5質量%以下で含有してもよい。
[Concept 7]
In the metal according to concept 6,
The Sn content may be 4.5 mass % or less.

[概念8]
概念1乃至7のいずれか1つによる金属において、
残部が一部のGaに代えて、Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上をさらに含有してもよい。
[Concept 8]
In the metal according to any one of concepts 1 to 7,
The balance may further contain one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S, and Si in place of a portion of Ga.

[概念9]
概念1乃至8のいずれか1つによる金属は、放熱材料として用いられてもよい。
[Concept 9]
Metals according to any one of concepts 1 to 8 may be used as heat dissipation materials.

[概念10]
本発明による電子装置には、
概念1乃至8のいずれか1つによる金属が、放熱材料として用いられてもよい。
[Concept 10]
The electronic device according to the present invention comprises:
Metals according to any one of concepts 1 to 8 may be used as heat dissipation materials.

本発明によればGaを含有し、液体金属を含有しつつも、酸化しにくい金属等を提供できる。 The present invention can provide metals that contain Ga and are liquid metals but are resistant to oxidation.

試験方法Aについて説明するための概略図。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a test method A. 試験方法Aにおいて、85℃85%RH環境下に置く前(initial)の態様を示した写真。Photograph showing the initial state before being placed in an 85° C., 85% RH environment in Test Method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3Inに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In after 150 hours in test method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3In-0.8Bi-0.025Znに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In-0.8Bi-0.025Zn after 150 hours in test method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3In-0.8Bi-1.0Znに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In-0.8Bi-1.0Zn after 150 hours in test method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3In-0.8Bi-0.1Znに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In-0.8Bi-0.1Zn after 150 hours in test method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3In-0.8Biに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In-0.8Bi after 150 hours in test method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3In-0.8Bi-0.5Znに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In-0.8Bi-0.5Zn after 150 hours in test method A. 試験方法Aにおいて、Ga-14Sn-3In-0.8Bi-1.5Znに関して、150時間後の態様を示した写真。Photograph showing the state of Ga-14Sn-3In-0.8Bi-1.5Zn after 150 hours in test method A. 試験方法Bで用いた試験基板であるスルーホール基板。A through-hole board which is a test board used in test method B. 試験方法Bにおいて、金属を充填した後の試験基板をおもて面から見た写真。Photograph of the test substrate after filling with metal in test method B, viewed from the front side. 試験方法Bにおいて、金属を充填した後の試験基板をおもて面から見た拡大写真。13 is an enlarged photograph of the front side of a test substrate after filling with metal in test method B. 試験方法Bにおいて、金属を充填した後の試験基板を裏面からから見た写真。Photograph of the test substrate after filling with metal in test method B, viewed from the back. 試験方法Bで得られた画像の一例。1 is an example of an image obtained using test method B. 試験方法Cにおいて、Ga-3.5Sn-5.5In-0.25Bi-1.0Znに関して、各時間での変化態様を示した写真。Photographs showing the change over time for Ga-3.5Sn-5.5In-0.25Bi-1.0Zn in test method C. 試験方法Cにおいて、Ga-7.5Sn-3.0In-0.5Bi-1.0Znに関して、各時間での変化態様を示した写真。Photographs showing the change over time for Ga-7.5Sn-3.0In-0.5Bi-1.0Zn in test method C. 試験方法Cにおいて、Ga-13Sn-3.0In-0.6Bi-0.5Znに関して、各時間での変化態様を示した写真。Photographs showing the change over time for Ga-13Sn-3.0In-0.6Bi-0.5Zn in test method C. 試験方法Cにおいて、Ga-13Sn-3.0Inに関して、各時間での変化態様を示した写真。Photographs showing the change over time for Ga-13Sn-3.0In in test method C.

本実施の形態の第1の態様として、金属は、2~30質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなり、35℃において液体金属であってもよいし、35℃において液体金属及び固体金属を含有する態様であってもよい。 In a first aspect of this embodiment, the metal is composed of 2-30% by mass Sn, 0.01-2% by mass Zn, 0.01-30% by mass Bi, and the remainder Ga, and may be a liquid metal at 35°C, or may be an aspect that contains liquid metal and solid metal at 35°C.

また第2の態様として、本実施の形態の金属は、1~35質量%のIn、5~20質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなり、35℃において液体金属であってもよいし、35℃において液体金属及び固体金属を含有する態様であってもよい。 In a second embodiment, the metal of this embodiment is composed of 1-35% by mass In, 5-20% by mass Sn, 0.01-2% by mass Zn, 0.01-30% by mass Bi, and the remainder Ga, and may be a liquid metal at 35°C, or may contain both liquid and solid metals at 35°C.

第1及び第2の態様において、金属は、その全体(液体金属からなる場合には当該液体金属の全体であり、液体金属と固体金属の混合物である場合には当該混合物の全体)に対して、Biの下限値は好ましくは0.03質量%であり、より好ましくは0.06質量%であり、さらに好ましくは0.1質量%である。なお、Biの含有量が多すぎると放熱性が悪化することから、上限値を25質量%とすることが好ましく、20質量%とすることがより好ましく、15質量%とすることがさらに好ましく、10質量%とすることがさらに好ましい。第1及び第2の態様を採用することで、140~150時間といった長時間、高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できる。 In the first and second aspects, the lower limit of Bi is preferably 0.03 mass%, more preferably 0.06 mass%, and even more preferably 0.1 mass% relative to the entire metal (the entire liquid metal in the case of a liquid metal, or the entire mixture in the case of a mixture of liquid metal and solid metal). If the Bi content is too high, heat dissipation performance deteriorates, so the upper limit is preferably 25 mass%, more preferably 20 mass%, even more preferably 15 mass%, and even more preferably 10 mass%. By adopting the first and second aspects, oxide growth can be more effectively suppressed even in a high-temperature and high-humidity environment for a long period of time, such as 140 to 150 hours.

なお、発明者らが確認したところ、液体金属に含有されるBiの量は限られている。このため、上記2つの態様の各々において、液体としてBiが含有され、放熱効果として優れているという観点からはBiの含有量の上限は1.5質量%であることが好ましく、1.0質量%であることがより好ましく、0.8質量%であることがさらに好ましい。また、より確実にBiが液体として存在することだけを重視するのであれば、上限値が0.4質量%である態様を採用することもできる。 The inventors have confirmed that the amount of Bi contained in the liquid metal is limited. For this reason, in each of the above two embodiments, from the viewpoint of containing Bi as a liquid and having an excellent heat dissipation effect, the upper limit of the Bi content is preferably 1.5 mass%, more preferably 1.0 mass%, and even more preferably 0.8 mass%. Furthermore, if the only consideration is to ensure that Bi is present as a liquid, an embodiment with an upper limit of 0.4 mass% can also be adopted.

さらに第3の態様として、本実施の形態の金属は、0~20質量%のIn、0~6質量%のSn、0.1~3.5質量%のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなり、35℃において液体金属であってもよいし、35℃において液体金属及び固体金属を含有する態様であってもよい。この態様を採用した場合には、400~700時間といったかなりの長時間、高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できる。 Furthermore, as a third aspect, the metal of this embodiment is composed of 0-20% by mass In, 0-6% by mass Sn, 0.1-3.5% by mass Zn, 0.1-1.0% by mass Bi, and the remainder Ga, and may be a liquid metal at 35°C, or may contain liquid metal and solid metal at 35°C. When this aspect is adopted, oxide growth can be more effectively suppressed even in a high temperature and humidity environment for a fairly long time, such as 400-700 hours.

第3の態様においても、液体としてBiが含有され、放熱効果として優れているという観点からはBiの含有量の上限は0.8質量%であることが好ましい。また、より確実にBiが液体として存在することだけを重視するのであれば、上限値が0.4質量%である態様を採用することもできる。 In the third embodiment, too, the upper limit of the Bi content is preferably 0.8 mass% from the viewpoint of containing Bi as a liquid and having an excellent heat dissipation effect. Also, if it is important to ensure that Bi is present as a liquid, an embodiment with an upper limit of 0.4 mass% can be adopted.

液体金属及び固体金属の各々又はその一方は合金であってもよい。液体金属における合金の組成と固体金属における合金の組成とは異なってもよい。但し、このような態様に限られることはなく、液体金属における合金の組成と固体金属における合金の組成とは同じ組成であってもよい。本実施の形態の金属はGa系金属であってもよい。本実施の形態の金属は30℃において液体金属又は液体金属及び固体金属を含有することが好ましい。なお、Gaの融点が約30℃であることから、Gaを母体とすることで、液体金属又は液体金属と固体金属との混合物を含有する金属を提供できる。Gaは25質量%以上100質量%未満で含有されてもよい。Gaは放熱効果の高い金属であり、またGaを含有させることで液体の状態とすることができることから、その下限値は30質量%であることが好ましく、40質量%であることがより好ましく、50質量%であることがさらに好ましい。 Either or both of the liquid metal and the solid metal may be an alloy. The composition of the alloy in the liquid metal may be different from that in the solid metal. However, this is not limited to such an embodiment, and the composition of the alloy in the liquid metal may be the same as that in the solid metal. The metal in this embodiment may be a Ga-based metal. The metal in this embodiment preferably contains a liquid metal or a liquid metal and a solid metal at 30°C. Since the melting point of Ga is about 30°C, a metal containing a liquid metal or a mixture of a liquid metal and a solid metal can be provided by using Ga as a base. Ga may be contained in an amount of 25% by mass or more and less than 100% by mass. Ga is a metal with a high heat dissipation effect, and since the metal can be made into a liquid state by containing Ga, the lower limit is preferably 30% by mass, more preferably 40% by mass, and even more preferably 50% by mass.

本実施の形態の金属は典型的には放熱グリス等の放熱材料として用いられる。本実施の形態では、このような金属を用いた電子装置も提供される。一例として、本実施の形態の電子装置では、液体金属又は液体金属及び固体金属からなる放熱グリスを介して電子部品が回路基板に載置される。本実施の形態の金属は、スキージを用いてプリント配線板のような回路基板に印刷されてもよいし、インクジェット印刷機を用いて印刷されるようにしてもよいし、ディスペンス装置を用いて塗布されるようにしてもよい。 The metal of this embodiment is typically used as a heat dissipation material such as heat dissipation grease. In this embodiment, an electronic device using such a metal is also provided. As an example, in the electronic device of this embodiment, electronic components are placed on a circuit board via heat dissipation grease made of liquid metal or liquid metal and solid metal. The metal of this embodiment may be printed on a circuit board such as a printed wiring board using a squeegee, may be printed using an inkjet printer, or may be applied using a dispensing device.

本実施の形態の金属は、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、In、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、Sn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、又はIn、Sn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物からなってもよい。本願における不可避不純物は、意図的に加えられていない不純物を意味している。本実施の形態の金属は共晶金属合金であってもよいが、共晶金属合金でなくてもよい。 The metal in this embodiment may be Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, In, Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, Sn, Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, or In, Sn, Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities. In this application, unavoidable impurities means impurities that are not intentionally added. The metal in this embodiment may be a eutectic metal alloy, but it does not have to be a eutectic metal alloy.

また、上記態様において、一部のGaに代えて、Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上を含んでもよい。なお、本願においてクローズドクレームで記載されている態様であっても、不可避不純物は含むものである。不可避不純物とは、意図的には含有されていない不純物を意味している。 In addition, in the above embodiment, one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S, and Si may be included in place of a portion of Ga. Note that even in the embodiment described in the closed claim of this application, unavoidable impurities are included. Inevitable impurities refer to impurities that are not intentionally included.

本件出願人は特願2022-182319号を出願しており、当該出願の明細書で述べているとおり、本願の発明者らが液体金属を含有する金属におけるGaの酸化物の問題について鋭意研究を行ったところ、Biを含有させることで、Gaの酸化を抑えることができることを見出した。あくまでも推測ではあるが、Biを用いることでGaの酸化を抑えることができるメカニズムは以下のとおりだと考えられる。
Biは酸性酸化物に分類される元素であり、水と反応して酸を生じる性質がある。このため、Biを含有させることで酸が生成され、生成された酸がGaと反応し、合金の表面に水酸化物を生成することになる。このような水酸化物が合金の表面に生成されることで、Gaと水との反応を抑制することができ、Biの酸化物の生成が抑えられると考えられる。
The applicant of the present application has filed Japanese Patent Application No. 2022-182319, and as described in the specification of the application, the inventors of the present application conducted intensive research into the problem of Ga oxides in metals containing liquid metal, and found that the oxidation of Ga can be suppressed by including Bi. Although this is merely speculation, the mechanism by which the oxidation of Ga can be suppressed by using Bi is thought to be as follows.
Bi is an element classified as an acidic oxide, and has the property of reacting with water to generate an acid. Therefore, by including Bi, an acid is generated, and the generated acid reacts with Ga to generate a hydroxide on the surface of the alloy. It is believed that the generation of such a hydroxide on the surface of the alloy can suppress the reaction between Ga and water, and thus suppress the generation of the oxide of Bi.

本願の発明者らがさらに研究を進めたところ、Biの他にZnを含有させることで(第1又は第2の態様を採用することで)、長時間、高温多湿の状況においても、酸化物の生成が抑えられることを確認できた。また、Znの含有量がかなり少量でも、酸化物の生成が抑えられる効果があることを確認できた。さらにSn、Zn、Bi及びInの含有量を一定の範囲とすることで(第3の態様を採用することで)、かなりの長時間にわたり高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できることも確認できた。 The inventors of the present application further conducted research and confirmed that by including Zn in addition to Bi (by adopting the first or second aspect), the generation of oxides can be suppressed even for long periods of time under high temperature and humidity conditions. They also confirmed that even a very small amount of Zn content is effective in suppressing the generation of oxides. Furthermore, they confirmed that by setting the contents of Sn, Zn, Bi, and In within a certain range (by adopting the third aspect), the growth of oxides can be more effectively suppressed even under high temperature and humidity conditions for a considerable period of time.

高温多湿の状況において酸化物の生成が抑えられるという傾向は、
(1)2~30質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる金属、
(2)1~35質量%のIn、5~20質量%のSn、0.01~2質量%のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる金属、及び
(3)0~6質量%のSn、0.1~3.5質量%のZn、0.1~1.0質量%のBi、0~20質量%のIn及び残部がGaからなる金属
で確認できている。ここで(1)が前述した第1の態様に対応し、(2)が前述した第2の態様に対応し、(3)が前述した第3の態様に対応している。
また、上記(1)~(3)の態様において、一部のGaに代えて、Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上を含んでいる金属でも、酸化物の生成が抑えられる傾向を確認できている。Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上の元素は、各々、0.005~0.10質量%の範囲で含有されてもよい。Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上の元素の含有量の下限値は0.01質量%であってもよく、上限値は0.05質量%であってもよい。
The tendency for oxide generation to be suppressed in hot and humid conditions is
(1) A metal consisting of 2 to 30 mass% Sn, 0.01 to 2 mass% Zn, 0.01 to 30 mass% Bi, and the balance being Ga;
(2) a metal consisting of 1 to 35 mass% In, 5 to 20 mass% Sn, 0.01 to 2 mass% Zn, 0.01 to 30 mass% Bi, and the balance being Ga, and (3) a metal consisting of 0 to 6 mass% Sn, 0.1 to 3.5 mass% Zn, 0.1 to 1.0 mass% Bi, 0 to 20 mass% In, and the balance being Ga. Here, (1) corresponds to the first aspect described above, (2) corresponds to the second aspect described above, and (3) corresponds to the third aspect described above.
In the above embodiments (1) to (3), it has been confirmed that the generation of oxides tends to be suppressed even in metals that contain one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S, and Si instead of a portion of Ga. Any one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S, and Si may each be contained in the range of 0.005 to 0.10 mass%. The lower limit of the content of any one or more elements of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S, and Si may be 0.01 mass % and the upper limit may be 0.05 mass %.

[(1)の態様]
Sn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物からなる金属、又は一部のGaに代えて、Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上を含んでいる金属における、各元素のさらに好ましい上限値及び下限値について説明する。
[Aspect (1)]
In a metal consisting of Sn, Zn, Bi, Ga and inevitable impurities, or a metal containing one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S and Si in place of a portion of Ga, more preferable upper and lower limit values of each element will be described.

この態様では、Snの下限値は5質量%であることが好ましく、10質量%であることがより好ましい。Snの上限値は25質量%であることが好ましく、20質量%であることがより好ましい。 In this embodiment, the lower limit of Sn is preferably 5% by mass, and more preferably 10% by mass. The upper limit of Sn is preferably 25% by mass, and more preferably 20% by mass.

Znの下限値は0.03質量%であることが好ましく、0.05質量%であることがより好ましい。酸化物の成長を抑制するという観点からは、Znの上限値は1.0質量%であることが好ましく、0.8質量%であることがより好ましい。(1)の態様では、Znの上限値を0.3未満としてもよい。 The lower limit of Zn is preferably 0.03 mass%, more preferably 0.05 mass%. From the viewpoint of suppressing oxide growth, the upper limit of Zn is preferably 1.0 mass%, more preferably 0.8 mass%. In the embodiment (1), the upper limit of Zn may be less than 0.3.

前述したとおり、Biの下限値は0.03質量%であることが好ましく、0.06質量%であることがより好ましく、0.1質量%であることがさらに好ましい。Biの上限値は、25質量%とすることが好ましく、20質量%とすることがより好ましく、15質量%とすることがさらに好ましく、10質量%とすることがさらにより好ましい。Biが液体として存在する観点からすると、Biの上限値は、1.5質量%であることが好ましく、1.0質量%であることがより好ましく、0.8質量%であることがさらに好ましい。 As mentioned above, the lower limit of Bi is preferably 0.03 mass%, more preferably 0.06 mass%, and even more preferably 0.1 mass%. The upper limit of Bi is preferably 25 mass%, more preferably 20 mass%, even more preferably 15 mass%, and even more preferably 10 mass%. From the viewpoint that Bi exists as a liquid, the upper limit of Bi is preferably 1.5 mass%, more preferably 1.0 mass%, and even more preferably 0.8 mass%.

[(2)の態様]
In、Sn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物からなる金属、又は一部のGaに代えて、Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上を含んでいる金属における、各元素のさらに好ましい上限値及び下限値について説明する。
[Aspect (2)]
In a metal consisting of In, Sn, Zn, Bi, Ga and inevitable impurities, or a metal containing one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S and Si in place of a portion of Ga, more preferable upper and lower limit values of each element will be described.

この態様では、Inの下限値は2質量%であることが好ましく、3質量%であることがより好ましい。Inの上限値は25質量%であることが好ましく、20質量%であることがより好ましい。 In this embodiment, the lower limit of In is preferably 2% by mass, more preferably 3% by mass. The upper limit of In is preferably 25% by mass, more preferably 20% by mass.

Snの下限値は5質量%であることが好ましく、10質量%であることがより好ましい。 The lower limit of Sn is preferably 5% by mass, and more preferably 10% by mass.

Znの下限値は0.03質量%であることが好ましく、0.05質量%であることがより好ましい。酸化物の成長を抑制するという観点からは、Znの上限値は1.0質量%であることが好ましく、0.8質量%であることがより好ましい。(2)の態様では、Znの上限値を0.1未満としてもよい。 The lower limit of Zn is preferably 0.03 mass%, more preferably 0.05 mass%. From the viewpoint of suppressing oxide growth, the upper limit of Zn is preferably 1.0 mass%, more preferably 0.8 mass%. In the embodiment (2), the upper limit of Zn may be less than 0.1.

前述したとおり、Biの下限値は0.03質量%であることが好ましく、0.06質量%であることがより好ましく、0.1質量%であることがさらに好ましい。Biの上限値は、25質量%とすることが好ましく、20質量%とすることがより好ましく、15質量%とすることがさらに好ましく、10質量%とすることがさらにより好ましい。Biが液体として存在する観点からすると、Biの上限値は、1.5質量%であることが好ましく、1.0質量%であることがより好ましく、0.8質量%であることがさらに好ましい。 As mentioned above, the lower limit of Bi is preferably 0.03 mass%, more preferably 0.06 mass%, and even more preferably 0.1 mass%. The upper limit of Bi is preferably 25 mass%, more preferably 20 mass%, even more preferably 15 mass%, and even more preferably 10 mass%. From the viewpoint that Bi exists as a liquid, the upper limit of Bi is preferably 1.5 mass%, more preferably 1.0 mass%, and even more preferably 0.8 mass%.

[(3)の態様]
Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、Sn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、In、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、又はIn、Sn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物からなる金属、又は一部のGaに代えて、Ag、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、Ge、Ga、Cd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上を含んでいる金属における、各元素のさらに好ましい上限値及び下限値について説明する。
[Aspect (3)]
More preferable upper and lower limits of each element in a metal consisting of Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, Sn, Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, In, Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, or In, Sn, Zn, Bi, Ga and unavoidable impurities, or a metal containing one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge, Ga, Cd, Pb, P, S, and Si in place of a portion of Ga, will be described.

Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、並びにSn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物を挙げているように、この態様では、Inは含有されていなくてもよく、0質量%であってもよい。Inの下限値は3質量%であることが好ましく、5質量%であることがより好ましい。 As Zn, Bi, Ga and inevitable impurities, and Sn, Zn, Bi, Ga and inevitable impurities are listed, in this embodiment, In may not be contained, and may be 0 mass%. The lower limit of In is preferably 3 mass%, and more preferably 5 mass%.

Zn、Bi、Ga及び不可避不純物、並びにIn、Zn、Bi、Ga及び不可避不純物を挙げているように、この態様では、Snは含有されていなくてもよく、0質量%であってもよい。Snの上限値は5.0質量%未満となってもよく、4.5質量%であることが好ましく、4.0質量%であることがより好ましい。 As Zn, Bi, Ga and inevitable impurities, and In, Zn, Bi, Ga and inevitable impurities are listed, in this embodiment, Sn may not be contained, or may be 0 mass%. The upper limit of Sn may be less than 5.0 mass%, preferably 4.5 mass%, and more preferably 4.0 mass%.

Znの下限値は0.6質量%であることが好ましく、0.8質量%であることがより好ましい。酸化物の成長を抑制するという観点からは、Znの上限値は3.0質量%であることが好ましく、2.5質量%であることがより好ましい。 The lower limit of Zn is preferably 0.6 mass%, more preferably 0.8 mass%. From the viewpoint of suppressing the growth of oxides, the upper limit of Zn is preferably 3.0 mass%, more preferably 2.5 mass%.

Biの下限値は0.2質量%であることが好ましい。Biが液体として存在する観点からすると、Biの上限値は、0.8質量%であることが好ましい。 The lower limit of Bi is preferably 0.2% by mass. From the viewpoint that Bi exists as a liquid, the upper limit of Bi is preferably 0.8% by mass.

本実施の形態の金属を含有する放熱材料は、アミン、樹脂、溶剤等をさらに含んでもよい。この場合には、10~90質量%の本実施の形態による金属(液体金属又は液体金属と固体金属の混合物)、10~90質量%のアミン、10~90質量%の樹脂及び10~90質量%の溶剤が含まれ、全体で100質量%となるようにしてもよい。また、10~90質量%の金属に対して、残部が活性剤、又は活性剤及び溶剤からなる態様となってもよい。 The heat dissipation material containing the metal of this embodiment may further contain an amine, a resin, a solvent, etc. In this case, it may contain 10 to 90 mass % of the metal of this embodiment (liquid metal or a mixture of liquid metal and solid metal), 10 to 90 mass % of the amine, 10 to 90 mass % of the resin, and 10 to 90 mass % of the solvent, totaling 100 mass %. In addition, it may be an embodiment in which the metal is 10 to 90 mass % and the remainder is an activator, or an activator and a solvent.

アミンとしては、例えば、直鎖状、分岐鎖状及び/又は環状で飽和又は不飽和の脂肪族アミン、芳香族アミン、及びイミダゾール類が挙げられる。その脂肪族アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、1-アミノプロパン、イソプロピルアミン、トリメチルアミン、n-エチルメチルアミン、アリルアミン、n-ブチルアミン、ジエチルアミン、sec-ブチルアミン、tert-ブチルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、イソブチルアミン、ピロリジン、3-ピロリン、n-ペンチルアミン、ジメチルアミノプロパン、1-アミノヘキサン、トリエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジプロピルアミン、ヘキサメチレンイミン、1-メチルピペリジン、2-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、シクロヘキシルアミン、ジアリルアミン、n-オクチルアミン、アミノメチル、シクロヘキサン、2-エチルヘキシルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、1,1,3,3-テトラメチルブチルアミン、1-シクロヘキシルエチルアミンおよびN,N-ジメチルシクロヘキシルアミンが例示される。芳香族アミンとしては、アニリン、ジエチルアニリン、ピリジン、ジフェニルグアニジンおよびジトリルグアニジンが例示される。イミダゾール類としては、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、及び1-ベンジル-2-フェニルイミダゾールが例示される。 Amines include, for example, linear, branched and/or cyclic, saturated or unsaturated aliphatic amines, aromatic amines, and imidazoles. Examples of the aliphatic amine include methylamine, ethylamine, dimethylamine, 1-aminopropane, isopropylamine, trimethylamine, n-ethylmethylamine, allylamine, n-butylamine, diethylamine, sec-butylamine, tert-butylamine, N,N-dimethylethylamine, isobutylamine, pyrrolidine, 3-pyrroline, n-pentylamine, dimethylaminopropane, 1-aminohexane, triethylamine, diisopropylamine, dipropylamine, hexamethyleneimine, 1-methylpiperidine, 2-methylpiperidine, 4-methylpiperidine, cyclohexylamine, diallylamine, n-octylamine, aminomethyl, cyclohexane, 2-ethylhexylamine, dibutylamine, diisobutylamine, 1,1,3,3-tetramethylbutylamine, 1-cyclohexylethylamine, and N,N-dimethylcyclohexylamine. Examples of aromatic amines include aniline, diethylaniline, pyridine, diphenylguanidine, and ditolylguanidine. Examples of imidazoles include imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, and 1-benzyl-2-phenylimidazole.

樹脂としては、例えば、例えば、エポキシ樹脂、ロジン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノキシ樹脂、ビニルエーテル系樹脂、テルペン樹脂、変性テルペン樹脂(例えば、芳香族変性テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、水添芳香族変性テルペン樹脂等)、テルペンフェノール樹脂、変性テルペンフェノール樹脂(例えば、水添テルペンフェノール樹脂等)、スチレン樹脂、変性スチレン樹脂(例えば、スチレンアクリル樹脂、スチレンマレイン樹脂等)、キシレン樹脂、変性キシレン樹脂(例えば、フェノール変性キシレン樹脂、アルキルフェノール変性キシレン樹脂、フェノール変性レゾール型キシレン樹脂、ポリオール変性キシレン樹脂、ポリオキシエチレン付加キシレン樹脂等)等が挙げられる。 Examples of resins include epoxy resins, rosin resins, (meth)acrylic resins, urethane resins, polyester resins, phenoxy resins, vinyl ether resins, terpene resins, modified terpene resins (e.g., aromatic modified terpene resins, hydrogenated terpene resins, hydrogenated aromatic modified terpene resins, etc.), terpene phenol resins, modified terpene phenol resins (e.g., hydrogenated terpene phenol resins, etc.), styrene resins, modified styrene resins (e.g., styrene acrylic resins, styrene maleic resins, etc.), xylene resins, modified xylene resins (e.g., phenol modified xylene resins, alkylphenol modified xylene resins, phenol modified resol type xylene resins, polyol modified xylene resins, polyoxyethylene adduct xylene resins, etc.), etc.

溶剤としては、例えば、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤、テルピネオール類、炭化水素類、エステル類、水等などが挙げられる。 Examples of solvents include alcohol-based solvents, glycol ether-based solvents, terpineols, hydrocarbons, esters, water, etc.

以下、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態を詳述する。なお、本実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present embodiment will be described in detail below with examples and comparative examples. Note that the present embodiment is not limited to these examples.

[試験方法A]
1.試験用金属作製方法
ビーカーに、あらかじめ40℃に加温して液状としたGaに対して、添加元素(各表で示されている元素であって、Bi以外の元素)を所定量計量し投入し(投入量は後述する各表で示されている量となる。)、250℃ホットプレート上で1時間加熱して母合金を作製した。
ビーカーに母合金を計量し、所定量のBiを入れ(投入量は後述する各表で示されている量となる。)、250℃ホットプレート上で1時間加熱し、室温まで冷却して、試験用サンプルとした。
[Test Method A]
1. Method for preparing test metals In a beaker, Ga was previously heated to 40° C. to make it liquid, and a predetermined amount of an additive element (an element shown in each table, other than Bi) was weighed and added (the amount added was the amount shown in each table described later), and the mixture was heated on a hot plate at 250° C. for 1 hour to prepare a master alloy.
The master alloy was weighed out in a beaker, a predetermined amount of Bi was added (the amount added was the amount shown in each table described later), and the mixture was heated on a hot plate at 250° C. for 1 hour and cooled to room temperature to prepare a test sample.

2.判定方法
・ 内径 4mmのガラス管に液体金属をいれ、実体顕微鏡にて初期の充填面積を測定した(図1及び図2参照)。
・ 85℃85%RH環境下にガラス管を静置し、150時間経過した後、ガラス管を取り出し、実体顕微鏡にて腐食部、液体部の面積を測定した(図3乃至図9参照)。
・ 測定した値から、以下の計算式から体積変化率を算出した。酸化物が生成される場合には、体積変化率が大きくなることから、値が小さい方が酸化物を抑制できる観点からは優れている。
体積変化率(%)=150時間後の液体部の面積/最初の液体部の面積×100
100%以上200%未満:ランク1
200%以上300%未満:ランク2
300%以上:ランク3
2. Evaluation method: Liquid metal was poured into a glass tube with an inner diameter of 4 mm, and the initial filling area was measured using a stereomicroscope (see Figures 1 and 2).
The glass tube was left standing in an environment of 85° C. and 85% RH for 150 hours, after which the glass tube was taken out and the areas of the corroded and liquid parts were measured using a stereomicroscope (see FIGS. 3 to 9).
The volume change rate was calculated from the measured values using the following formula. If oxides are generated, the volume change rate will be large, so a smaller value is better from the viewpoint of suppressing oxides.
Volume change rate (%) = area of liquid part after 150 hours / initial area of liquid part × 100
100% to less than 200%: Rank 1
200% to less than 300%: Rank 2
300% or more: Rank 3

実施例及び比較例の結果を以下の表で示す。本件明細書では残部を「Bal」として示している。また、各表において、合金が液体金属からなる場合には液体金属全体における質量%を示しており、液体金属と固体金属の混合物からなる場合には当該混合物の全体における質量%を示している。 The results of the examples and comparative examples are shown in the following table. In this specification, the remainder is indicated as "Bal." In addition, in each table, when the alloy is made of liquid metal, the mass percentage of the entire liquid metal is indicated, and when the alloy is made of a mixture of liquid metal and solid metal, the mass percentage of the entire mixture is indicated.

表1はSn、Zn、Bi及びGaを含有する合金についての結果を示している。Biの他に一定量のZnを含有させることで、150時間という長時間、高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できた。参考例として示しているのは、特願2022-182319号で実施例となっている態様である。特願2022-182319号で実施例となっている態様と比較しても、実施例の態様では、酸化物の成長をより効果的に抑制できていることを確認できている。
Table 1 shows the results for alloys containing Sn, Zn, Bi, and Ga. By including a certain amount of Zn in addition to Bi, the growth of oxides could be more effectively suppressed even in a high temperature and humidity environment for a long period of time of 150 hours. The embodiment shown as a reference example is an embodiment in Japanese Patent Application No. 2022-182319. It has been confirmed that the growth of oxides can be more effectively suppressed in the embodiment compared to the embodiment in Japanese Patent Application No. 2022-182319.

表2及び表3はIn、Sn、Zn、Bi及びGaを含有する合金についての結果を示している。Biの他に一定量のZn及びInを含有させることで、150時間という長時間、高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できた。表2及び表3でも参考例として示しているのは、特願2022-182319号で実施例となっている態様である。特願2022-182319号で実施例となっている態様と比較しても、本願の実施例の態様では、酸化物の成長をより効果的に抑制できていることを確認できている。
また表2で示すように、Inを含有する態様では、表面張力を小さくできることを確認できた。表面張力が小さくなると、表面積を大きくすることができ、放熱効果を高めることができる点で有益である。表面張力において「-」で示している箇所は現時点において測定していないことを示している。なお、Inを含有しない表1で示すような態様では、コストを抑えることができる点で有益なものとなっている。
Tables 2 and 3 show the results for alloys containing In, Sn, Zn, Bi, and Ga. By including a certain amount of Zn and In in addition to Bi, the growth of oxides could be more effectively suppressed even in a long period of time of 150 hours, in a high temperature and humidity environment. The embodiment shown as a reference example in Tables 2 and 3 is an embodiment in Japanese Patent Application No. 2022-182319. It has been confirmed that the embodiment of the present application can more effectively suppress the growth of oxides, compared to the embodiment in Japanese Patent Application No. 2022-182319.
Furthermore, as shown in Table 2, it was confirmed that in the embodiment containing In, the surface tension can be reduced. A smaller surface tension is beneficial in that the surface area can be increased and the heat dissipation effect can be enhanced. Points marked with "-" in the surface tension indicate that they have not been measured at the present time. Note that the embodiment not containing In, as shown in Table 1, is beneficial in that costs can be reduced.

表2で示した表面張力については、25℃の温度で、協和界面科学株式会社製のDMo-501を利用した懸滴法(Pendant Drop Method)を用いて測定した。 The surface tensions shown in Table 2 were measured at 25°C using the pendant drop method with a DMo-501 made by Kyowa Interface Science Co., Ltd.

[試験方法B]
1.試験用金属作製方法
試験方法Aの「試験用金属作製方法」で述べた方法で試験用サンプルを準備した。
[Test Method B]
1. Test Metal Preparation Method Test samples were prepared by the method described in Test Method A, “Test Metal Preparation Method.”

2.試験片作製方法
図10に示すスルーホール基板に、金属を充填し試験片とした。
スルーホール基板からなる試験基板は以下のとおりのものである。
・ 機材FR4(銅箔、レジスト無)
・ 板厚 0.50mm
・ ホール径 Φ0.525mm
・ ホール数 14×14=196個
・ ホールピッチ 0.90mm
(1)試験基板のスルーホールに試験用サンプルを充填した。
(2)表面及び裏面の余分な金属をIPAで拭き取った。
(3)裏面をカプトンテープで封止し、試験片とした。
(4)作製した試験片を85℃85%RH(相対湿度)環境下で48時間処理し、酸化物の成長状態を測定した。図11及び図12が金属を充填した後の試験基板をおもて面から見た写真であり、図13が金属を充填した後の試験基板を裏面からから見た写真である。
2. Method for Preparing Test Pieces Test pieces were prepared by filling a through-hole board shown in FIG. 10 with metal.
The test boards, which are through-hole boards, are as follows.
Material: FR4 (copper foil, no resist)
・ Plate thickness: 0.50 mm
・ Hole diameter Φ0.525mm
Number of holes: 14 x 14 = 196 holes Hole pitch: 0.90 mm
(1) The through-holes of the test board were filled with the test samples.
(2) Excess metal on the front and back surfaces was wiped off with IPA.
(3) The back side was sealed with Kapton tape to prepare a test specimen.
(4) The prepared test pieces were treated in an environment of 85°C and 85% RH (relative humidity) for 48 hours, and the growth state of the oxide was measured. Figures 11 and 12 are photographs of the test substrate after filling with metal, as seen from the front side, and Figure 13 is a photograph of the test substrate after filling with metal, as seen from the back side.

3.判定方法
各ホールの基板表面からの酸化物の最大高さを測定した。測定機としては、KEYENCE社製のVK-X1000 レーザー顕微鏡を用いた。
判定基準は以下のとおりである(図14参照)。
酸化物の最大高さ
ランクA 250μm未満
ランクB 250μm以上500μm未満
ランクC 500μm以上750μm未満
ランクD 750μm以上1000μm未満
ランクE 1000μm以上1500μm未満0000
ランクF 1500μm以上1750μm未満
ランクG 2000μm以上
3. Evaluation method The maximum height of the oxide from the substrate surface in each hole was measured using a VK-X1000 laser microscope manufactured by KEYENCE Corporation.
The criteria are as follows (see FIG. 14):
Maximum height of oxide Rank A: Less than 250 μm Rank B: 250 μm or more and less than 500 μm Rank C: 500 μm or more and less than 750 μm Rank D: 750 μm or more and less than 1000 μm Rank E: 1000 μm or more and less than 1500 μm 0000
Rank F: 1500 μm or more and less than 1750 μm Rank G: 2000 μm or more

実施例及び比較例の結果を以下の表で示す。以下の表で示される実験結果から理解できるように、48時間という試験方法Aと比較すると短い時間にはなるものの、各組成において、酸化物の成長を効果的に抑制できた。またBiの含有量を増加させることで、酸化物の成長を効果的に抑制できた。 The results of the examples and comparative examples are shown in the table below. As can be seen from the experimental results shown in the table below, although the 48 hours was a short time compared to test method A, oxide growth was effectively suppressed for each composition. Furthermore, by increasing the Bi content, oxide growth was effectively suppressed.

表4はSn、Zn、Bi及びGaを含有する合金についての結果を示している。Sn、Bi及びZnを含有させることで酸化物の成長を効果的に抑制できることを確認できた。
Table 4 shows the results for alloys containing Sn, Zn, Bi, and Ga. It was confirmed that the inclusion of Sn, Bi, and Zn can effectively suppress the growth of oxides.

表5はIn、Sn、Zn、Bi及びGaを含有する合金についての結果を示している。Sn、Bi、In及びZnを含有させることで酸化物の成長を効果的に抑制できることを確認できた。
Table 5 shows the results for alloys containing In, Sn, Zn, Bi, and Ga. It was confirmed that the inclusion of Sn, Bi, In, and Zn can effectively suppress the growth of oxides.

[試験方法C]
1.試験用金属作製方法
試験方法Aの「試験用金属作製方法」で述べた方法で試験用サンプルを準備した。
[Test Method C]
1. Test Metal Preparation Method Test samples were prepared by the method described in Test Method A, “Test Metal Preparation Method.”

2.判定方法
・ 内径 4mmのガラス管に液体金属をいれ、実体顕微鏡にて初期の充填面積を測定した(図15参照)。
・ 85℃85%RH環境下にガラス管を静置し、400時間経過した後、ガラス管を取り出し、実体顕微鏡にて腐食部、液体部の面積を測定した(図15参照)。
・ 測定した値から、以下の計算式から体積変化率を算出した。酸化物が生成される場合には、体積変化率が大きくなることから、値が小さい方が酸化物を抑制できる観点からは優れている。
体積変化率(%)=400時間後の液体部の面積/最初の液体部の面積×100
100%以上200%未満:ランク1
200%以上300%未満:ランク2
300%以上:ランク3
2. Evaluation method: Liquid metal was poured into a glass tube with an inner diameter of 4 mm, and the initial filling area was measured using a stereomicroscope (see Figure 15).
The glass tube was left standing in an environment of 85° C. and 85% RH for 400 hours, after which the glass tube was taken out and the areas of the corroded and liquid parts were measured using a stereomicroscope (see FIG. 15).
The volume change rate was calculated from the measured values using the following formula. If oxides are generated, the volume change rate will be large, so a smaller value is better from the viewpoint of suppressing oxides.
Volume change rate (%) = area of liquid part after 400 hours / initial area of liquid part × 100
100% to less than 200%: Rank 1
200% to less than 300%: Rank 2
300% or more: Rank 3

試験方法Cは体積変化率に際して「150時間」を「400時間」としたこと以外は試験方法Aと同様にして行った。 Test method C was performed in the same manner as test method A, except that the volume change rate was changed from "150 hours" to "400 hours."

表6及び表7は少なくともZn、Bi及びGaを含有する合金についての結果を示している。Gaを母体としつつ、0~20質量%のIn、0~6質量%のSn、0.1~3.5質量%のZn及び0.1~1.0質量%のBiという含有量にすることで、400時間というかなりの長時間、高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できた。
Tables 6 and 7 show the results for alloys containing at least Zn, Bi, and Ga. By using Ga as the base material and adjusting the contents of In to 0 to 20 mass %, Sn to 0 to 6 mass %, Zn to 0.1 to 3.5 mass %, and Bi to 0.1 to 1.0 mass %, it was possible to more effectively suppress the growth of oxides even for a fairly long time of 400 hours under a high temperature and high humidity environment.

図15はGa-3.5Sn-5.5In-0.25Bi-1.0Znに関して、各時間での変化態様を示した写真であり、図16は試験方法Cにおいて、Ga-7.5Sn-3.0In-0.5Bi-1.0Znに関して、各時間での変化態様を示した写真であり、図17は試験方法Cにおいて、Ga-13Sn-3.0In-0.6Bi-0.5Znに関して、各時間での変化態様を示した写真であり、図18は試験方法Cにおいて、Ga-13Sn-3.0Inに関して、各時間での変化態様を示した写真である。 Figure 15 is a photograph showing the change over time for Ga-3.5Sn-5.5In-0.25Bi-1.0Zn, Figure 16 is a photograph showing the change over time for Ga-7.5Sn-3.0In-0.5Bi-1.0Zn in test method C, Figure 17 is a photograph showing the change over time for Ga-13Sn-3.0In-0.6Bi-0.5Zn in test method C, and Figure 18 is a photograph showing the change over time for Ga-13Sn-3.0In in test method C.

図16で試験結果を示す7.5質量%のSn、3.0質量%のIn、0.5質量%のBi、1.0質量%のZn及び残部がGaからなる金属と、図17で試験結果を示す13質量%のSn、3.0質量%のIn、0.6質量%のBi、0.5質量%のZn及び残部がGaからなる金属は第2の態様の実施例にあたり、140時間という長時間においては、高温多湿の環境下においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できている。しかし、400時間というかなりの長時間を見た場合には、高温多湿の環境下において、酸化物が成長してしまうことを確認できた。このことからして、第3の態様によれば、400時間というかなりの長時間を見た場合においても、酸化物の成長をより効果的に抑制できることを確認できた。なお、図18で試験結果を示す13質量%のSn、3.0質量%のIn及び残部がGaからなる金属は、比較例になるが、140時間、高温多湿の環境下におくと、酸化物が成長してしまうことを確認でき、図16及び図17で試験結果を示す第2の態様でも140時間という長時間において、酸化物の成長をより効果的に抑制できることを確認できた。 The metal consisting of 7.5% Sn, 3.0% In, 0.5% Bi, 1.0% Zn, and the balance Ga, the test results of which are shown in Figure 16, and the metal consisting of 13% Sn, 3.0% In, 0.6% Bi, 0.5% Zn, and the balance Ga, the test results of which are shown in Figure 17, are examples of the second aspect, and are able to more effectively suppress oxide growth even in a high-temperature and high-humidity environment for a long period of 140 hours. However, when viewed for a fairly long period of 400 hours, it was confirmed that oxides grow in a high-temperature and high-humidity environment. From this, it was confirmed that according to the third aspect, oxide growth can be more effectively suppressed even when viewed for a fairly long period of 400 hours. In addition, the metal consisting of 13% by mass Sn, 3.0% by mass In, and the remainder Ga, whose test results are shown in Figure 18, is a comparative example, and it was confirmed that oxides grew when placed in a high-temperature, high-humidity environment for 140 hours, and it was also confirmed that the second embodiment, whose test results are shown in Figures 16 and 17, could more effectively suppress oxide growth over a long period of 140 hours.

上述した実施の形態の記載、実施例の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。 The above description of the embodiment, the description of the examples, and the disclosure of the drawings are merely examples for explaining the invention described in the claims, and the above description of the embodiment or the disclosure of the drawings does not limit the invention described in the claims.

Claims (10)

2~30質量%のSn、0.01~0.3質量%未満のZn、0.01~30質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む金属。 A metal which is liquid metal or contains liquid metal and solid metal at 35° C. and which consists of 2 to 30 mass % Sn, 0.01 to less than 0.3 mass % Zn, 0.01 to 30 mass % Bi, and the balance Ga. 1~35質量%のIn、5~20質量%のSn、0.01~0.1質量%未満のZn、0.01~1.5質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む金属。 A metal which is liquid metal or contains liquid metal and solid metal at 35° C. and which consists of 1 to 35 mass % In, 5 to 20 mass % Sn, 0.01 to less than 0.1 mass % Zn, 0.01 to 1.5 mass % Bi, and the balance being Ga. Biを1.5質量%以下で含有する、請求項に記載の金属。 The metal according to claim 1 , containing 1.5 mass % or less of Bi. 0.51質量%未満のIn、0~6質量%のSn、0.1~3.5質量%のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む金属。 A metal which is liquid metal or contains liquid metal and solid metal at 35° C. and which consists of 0.5 to less than 1 mass % In, 0 to 6 mass % Sn, 0.1 to 3.5 mass % Zn, 0.1 to 1.0 mass % Bi, and the balance being Ga. 0.5~20質量%のIn、0~5質量%未満のSn、0.1~3.5質量%のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む金属。 A metal which is liquid metal or contains liquid metal and solid metal at 35° C. and which consists of 0.5 to 20 mass % In, 0 to less than 5 mass % Sn, 0.1 to 3.5 mass % Zn, 0.1 to 1.0 mass % Bi, and the balance being Ga. 0~20質量%のIn0.1~1.0質量%未満のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む金属。 A metal which is liquid metal or contains liquid metal and solid metal at 35° C. and which consists of 0 to 20 mass % In , 0.1 to less than 1.0 mass % Zn, 0.1 to 1.0 mass % Bi, and the balance being Ga. ~6質量%のSn、0.1~0.3質量%未満のZn、0.1~1.0質量%のBi及び残部がGaからなる35℃で液体金属又は液体金属及び固体金属を含む金属。 A metal which is liquid metal or contains liquid metal and solid metal at 35° C. and which consists of 0 to 6 mass % Sn, 0.1 to less than 0.3 mass % Zn, 0.1 to 1.0 mass % Bi, and the balance being Ga. Snを4.5質量%以下で含有する、請求項4、5及び7のいずれか1項に記載の金属。 8. The metal according to claim 4, 5 or 7 , containing 4.5 mass % or less of Sn. 残部が一部のGaに代えて、0.005~0.10質量%のAg、Sb、Cu、Fe、Al、As、Ni、Au、Ti、Cr、La、Mg、Mn、Co、GeCd、Pb、P、S及びSiのいずれか1つ以上をさらに含有する、請求項1乃至のいずれか1項に記載の金属。 The metal according to any one of claims 1 to 7, further comprising 0.005 to 0.10 mass% of any one or more of Ag, Sb, Cu, Fe, Al, As, Ni, Au, Ti, Cr, La, Mg, Mn, Co, Ge , Cd, Pb, P, S, and Si in place of a portion of Ga. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の金属が放熱材料として用いられた電子装置。 An electronic device comprising the metal according to claim 1 as a heat dissipation material.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006144112A (en) 2004-10-20 2006-06-08 Dainippon Printing Co Ltd Ga-BASE ALLOY AND ORGANIC FUNCTION ELEMENT USING THE SAME
JP2012111823A (en) 2010-11-24 2012-06-14 Toyota Motor Corp Heat dissipating grease composition
JP2012172178A (en) 2011-02-18 2012-09-10 Napra Co Ltd Alloy material, circuit board, electronic device, and method of manufacturing the same
CN103184381A (en) 2013-02-20 2013-07-03 中国科学院电工研究所 Liquid gallium alloy and preparation method thereof
CN103740995A (en) 2013-12-04 2014-04-23 曹帅 Gallium-based liquid alloy material and preparation method thereof
CN113564446A (en) 2021-07-15 2021-10-29 云南海瀚有机光电子科技有限责任公司 Room-temperature multiphase coexisting liquid metal thermal interface material and preparation method thereof
JP7417696B1 (en) 2022-08-01 2024-01-18 千住金属工業株式会社 metal and electronic equipment

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006144112A (en) 2004-10-20 2006-06-08 Dainippon Printing Co Ltd Ga-BASE ALLOY AND ORGANIC FUNCTION ELEMENT USING THE SAME
JP2012111823A (en) 2010-11-24 2012-06-14 Toyota Motor Corp Heat dissipating grease composition
JP2012172178A (en) 2011-02-18 2012-09-10 Napra Co Ltd Alloy material, circuit board, electronic device, and method of manufacturing the same
CN103184381A (en) 2013-02-20 2013-07-03 中国科学院电工研究所 Liquid gallium alloy and preparation method thereof
CN103740995A (en) 2013-12-04 2014-04-23 曹帅 Gallium-based liquid alloy material and preparation method thereof
CN113564446A (en) 2021-07-15 2021-10-29 云南海瀚有机光电子科技有限责任公司 Room-temperature multiphase coexisting liquid metal thermal interface material and preparation method thereof
JP7417696B1 (en) 2022-08-01 2024-01-18 千住金属工業株式会社 metal and electronic equipment

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