JPH11291087A - スズービスマス半田合金粉末の製造方法 - Google Patents

スズービスマス半田合金粉末の製造方法

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JPH11291087A
JPH11291087A JP10227998A JP10227998A JPH11291087A JP H11291087 A JPH11291087 A JP H11291087A JP 10227998 A JP10227998 A JP 10227998A JP 10227998 A JP10227998 A JP 10227998A JP H11291087 A JPH11291087 A JP H11291087A
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tin
bismuth
alloy powder
salt
solder alloy
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JP10227998A
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Isao Abe
功 阿部
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛フリー半田材料用の合金粉末を製造する方
法に関し、20μm以下の粒径を有するスズ−ビスマス
半田合金粉末を安価に製造する方法を提供する。 【解決手段】 アルカリ土類酸化物、炭酸塩、水酸化物
とスズ塩およびビスマス塩とを混合し、水素を含む気流
中で、400℃以上800℃以下の温度で還元焙焼し、
焙焼後アルカリ土類塩を酸により溶解除去することを特
徴とするスズ−ビスマス半田合金粉末の製造方法であ
る。ここで、アルカリ土類塩の混合比率は、焙焼後生成
するスズ−ビスマス合金粉末の重量の重量比で0.2倍
以上3倍以下とするスズ−ビスマス半田合金粉末の製造
方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉛フリー半田材料
用の合金粉末を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、廃棄電化製品などからの鉛の溶出
が欧米で問題視されはじめている。この溶出鉛の大部分
は、電化製品中の回路部品を基板上に固定するために使
用されている半田が原因である。現在、一般に多量に消
費されている半田は、鉛−亜鉛共晶半田であり構成材料
として鉛を多量に含有している。
【0003】鉛を使用しない半田としては、銀−スズ系
合金、スズ−亜鉛系合金、スズ−ビスマス系合金などが
提案されている。この中でもスズ−ビスマス系合金は、
耐酸化性、低融点性などの点で鉛−亜鉛共晶半田の代替
え材料として有望視されている。
【0004】現在、電子部品の高密度実装化が進み、部
品の小型化、回路のファインピッチ化が進行し、半田ペ
ーストに使用する合金粉末もより細粒化が望まれてい
る。
【0005】従来、スズ−ビスマス系半田の半田ペース
ト用のスズ−ビスマス系合金粉末は、主にアトマイズ法
で製造されていた。アトマイズ法で製造可能な合金粉末
の粒径は、100μm程度であり、それ以下の粒径の合
金粉末の製造は非常に困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、20
μm以下の粒径を有するスズ−ビスマス半田合金粉末を
安価に製造する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の方法は、アルカリ土類酸化物、炭酸塩、水
酸化物とスズ塩およびビスマス塩とを混合し、水素単独
または水素と窒素もしくは水素とアルゴンの混合気流中
でスズ塩、ビスマス塩を400℃以上800℃以下の温
度で還元焙焼し、焙焼後アルカリ土類酸化物、炭酸塩、
水酸化物を酸により溶解除去することを特徴とするスズ
−ビスマス半田合金粉末の製造方法である。 ここで、
アルカリ土類塩の混合比率は、焙焼後生成するスズ−ビ
スマス合金粉末の重量の重量比で0.2倍以上3倍以下
とするスズ−ビスマス半田合金粉末の製造方法である。
【0008】前記方法で用いるアルカリ土類酸化物、炭
酸塩、水酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネ
シウム、水酸化カルシウムを単独あるいは、前記の混合
物として用いることができる。また、前記方法で用いる
スズ塩は、酸化第一スズもしくは酸化第二スズ、ビスマ
ス塩は、三酸化ビスマスを用いることが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】発明に用いるアルカリ土類塩は、
アルカリ土類の酸化物、炭酸塩、水酸化物であり、それ
ぞれ酸化マグネシウム、酸化カルシウム、炭酸マグネシ
ウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カ
ルシウム単独あるいは、それらの混合物である。本発明
では、以上のアルカリ土類酸化物、炭酸塩、水酸化物を
総称して以下アルカリ土類塩と呼ぶこととする。
【0010】これらのアルカリ土類塩は、融点が200
0℃以上であり、金属スズ、金属ビスマスなどの金属と
の反応もない。また、アルカリ土類塩は、金属との濡れ
性が悪いため、金属同士の焼結および融着を防止し生成
するスズ−ビスマス半田合金粉末の粗大化を防止する。
【0011】また、生成するスズ−ビスマス半田合金粉
末粒子の粒径は、混合するアルカリ土類塩とスズ塩およ
びビスマス塩の混合比率および各原料の粒度により変化
し、アルカリ土類塩の混合量を増やすほど生成粒子の粒
径が小さくなり、また、粒度が小さくなるほど小さくな
る。
【0012】アルカリ土類塩の焼結防止効果を効果的に
発揮させるためには、スズ−ビスマス半田合金の原料塩
とアルカリ土類塩が均一に混合されている必要がある。
そのため、焙焼前の原料は、アルカリ土類塩とスズ−ビ
スマス系半田合金の原料塩を固体同士でボールミルやビ
ーズミルなどの粉砕混合機を使用して均一に混合する方
法やアルカリ土類塩の水溶性塩溶液とスズ−ビスマス系
半田合金の原料塩の水溶性塩溶液を混合し、苛性アルカ
リや炭酸アルカリで共沈物を生成させる方法などで出来
るだけ均一に混合する必要がある。この混合が不十分で
あると生成するスズ−ビスマス系半田合金粉末が粗大化
し微細な粉体として得られない。
【0013】焙焼雰囲気は、構成金属塩を還元する必要
から還元剤である水素を添加し還元雰囲気とする必要が
ある。この還元温度が400℃以下では、構成金属塩の
還元が十分進行せず、800℃以上では、金属同士の融
着が進行し粒子が粗大化しやすくなるとともに、これ以
上の温度にしても粒径、合金化の状態に変化が見られな
い。
【0014】また、スズ−ビスマス系半田合金の融点が
200℃以下と低いためアルカリ土類塩の混合比率が焙
焼後生成するスズ−ビスマス系半田合金粉末の重量の重
量比で0.2倍以下では、焙焼中に溶融したスズ−ビス
マス系半田合金が融着し粉体として得られない。3倍以
上では、焼結や融着の防止効果に向上が見られず、後工
程でのアルカリ土類塩の溶解に使用する酸量が増加する
だけである。
【0015】アルカリ土類塩を溶解する際に使用する酸
は、アルカリ土類塩を溶解可能な酸ならば有機、無機問
わず使用可能であるが、工業的には安価な硫酸もしくは
塩酸が適当である。
【0016】
【実施例】(実施例1)試薬酸化第二スズ53.3gと
試薬1級水酸化マグネシウム20gと試薬三酸化ビスマ
ス64.7gを純水1リッターに懸濁させ直径5mmの
ジルコニアボールを使用してボールミルで12時間粉砕
混合を行いその後ボールを分離して懸濁液を得た。得ら
れた粉砕物を吸引ろ過でろ別し、80℃12時間大気乾
燥を行った。得られた乾燥物を乳鉢で塊砕し水素気流中
700℃で1時間焙焼を行った。焙焼後に得られた焙焼
物を1リッターの純水中に懸濁させ37gの試薬1級硫
酸を純水200mlで希釈した溶液を添加し30分間撹
拌し、マグネシウム塩を溶解した。マグネシウム塩の溶
解後吸引ろ過し、ろ別したスズ−ビスマス粉末は、1リ
ッターの純水で2回水洗し、60℃12時間真空乾燥を
行った。
【0017】以上の操作で98gのスズ−ビスマス粉末
を得た。得られたスズ−ビスマス粉末を走査電子顕微鏡
で観察したところ平均粒径で約20μmの球状のスズ−
ビスマス粉末であった。
【0018】また、得られたスズ−ビスマス粉末をベー
クライト樹脂で固結し、研磨を行ってスズ−ビスマス粉
末の断面を日立製X−650EPMA装置で観察しスズ
とビスマスの分布を調査した。その結果、スズとビスマ
スが完全に固溶していることが確認された。また、得ら
れた粉末を分析したところスズ41.5%、ビスマス5
7.4%であった。
【0019】(実施例2)試薬酸化第一スズ47.7g
と試薬1級水酸化マグネシウム50gと試薬三酸化ビス
マス64.7gを純水1リッターに懸濁させ直径5mm
のジルコニアボールを使用してボールミルで12時間粉
砕混合を行いその後ボールを分離して懸濁液を得た。得
られた粉砕物を吸引ろ過でろ別し、80℃12時間大気
乾燥を行った。得られた乾燥物を乳鉢で塊砕し水素気流
中500℃で1時間焙焼を行った。焙焼後に得られた焙
焼物を1リッターの純水中に懸濁させ93gの試薬1級
硫酸を純水200mlで希釈した溶液を添加し30分間
撹拌し、マグネシウム塩を溶解した。マグネシウム塩の
溶解後吸引ろ過し、ろ別したスズ−ビスマス粉末は、1
リッターの純水で2回水洗し、60℃12時間真空乾燥
を行った。
【0020】以上の操作で99gのスズ−ビスマス粉末
を得た。得られたスズ−ビスマス粉末を走査電子顕微鏡
で観察したところ平均粒径で約5μmの球状のスズ−ビ
スマス粉末であった。
【0021】また、得られたスズ−ビスマス粉末をベー
クライト樹脂で固結し、研磨を行ってスズ−ビスマス粉
末の断面を日立製X−650EPMA装置で観察しスズ
とビスマスの分布を調査した。その結果、スズとビスマ
スが完全に固溶していることが確認された。また、得ら
れた粉末を分析したところスズ41.4%、ビスマス5
7.2%であった。
【0022】(実施例3)試薬酸化第二スズ53.3g
と試薬1級水酸化カルシウム100gと試薬三酸化ビス
マス64.7gを純水1リッターに懸濁させ直径5mm
のジルコニアボールを使用してボールミルで12時間粉
砕混合を行いその後ボールを分離して懸濁液を得た。得
られた粉砕物を吸引ろ過でろ別し、80℃12時間大気
乾燥を行った。得られた乾燥物を乳鉢で塊砕し水素気流
中700℃で1時間焙焼を行った。焙焼後に得られた焙
焼物を1リッターの純水中に懸濁させ試薬36%塩酸2
52mlを添加し30分間撹拌し、カルシウム塩を溶解
した。カルシウム塩の溶解後吸引ろ過し、ろ別したスズ
−ビスマス粉末は、1リッターの純水で2回水洗し、6
0℃12時間真空乾燥を行った。
【0023】以上の操作で98gのスズ−ビスマス粉末
を得た。得られたスズ−ビスマス粉末を走査電子顕微鏡
で観察したところ平均粒径で約3μmの球状のスズ−ビ
スマス粉末であった。
【0024】また、得られたスズ−ビスマス粉末をベー
クライト樹脂で固結し、研磨を行ってスズ−ビスマス粉
末の断面を日立製X−650EPMA装置で観察しスズ
とビスマスの分布を調査した。その結果、スズとビスマ
スが完全に固溶していることが確認された。また、得ら
れた粉末を分析したところスズ41.5%、ビスマス5
7.4%であった
【0025】
【発明の効果】本発明の方法により、20μm以下の粒
径を有するスズ−ビスマス半田合金粉末を安価に製造す
ることができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ土類塩とスズ塩とビスマス塩と
    を混合し、水素を含む混合気流中で還元焙焼し、焙焼後
    アルカリ土類塩を酸により溶解除去することを特徴とす
    るスズ−ビスマス半田合金粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルカリ土類塩が、酸化マグネシウム、
    酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、
    水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、もしくは、前
    記混合物である請求項1記載のスズ−ビスマス半田合金
    粉末の製造方法。
  3. 【請求項3】 スズ塩が酸化第一スズもしくは酸化第二
    スズである請求項1または2に記載のスズ−ビスマス半
    田合金粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 ビスマス塩が三酸化ビスマスである請求
    項1から3のいずれかに記載のスズ−ビスマス半田合金
    粉末の製造方法。
  5. 【請求項5】 アルカリ土類塩の混合比率を焙焼後生成
    するスズ−ビスマス半田合金粉末の重量との重量比で
    0.2倍以上3倍以下とする請求項1から4のいずれか
    に記載のスズ−ビスマス半田合金粉末の製造方法。
  6. 【請求項6】 還元温度が400℃以上800℃以下で
    ある請求項1から5のいずれかに記載のスズ−ビスマス
    半田合金粉末の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1440752A1 (en) 2003-01-23 2004-07-28 General Electric Company Fabrication and utilization of metallic powder prepared without melting
CN103170766A (zh) * 2013-03-27 2013-06-26 江苏盛之祥电子科技有限公司 一种低熔点高可靠性无铅焊料的制备方法
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US10604452B2 (en) 2004-11-12 2020-03-31 General Electric Company Article having a dispersion of ultrafine titanium boride particles in a titanium-base matrix

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