JP6428409B2 - Solder powder and solder paste using this powder - Google Patents
Solder powder and solder paste using this powder Download PDFInfo
- Publication number
- JP6428409B2 JP6428409B2 JP2015054303A JP2015054303A JP6428409B2 JP 6428409 B2 JP6428409 B2 JP 6428409B2 JP 2015054303 A JP2015054303 A JP 2015054303A JP 2015054303 A JP2015054303 A JP 2015054303A JP 6428409 B2 JP6428409 B2 JP 6428409B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- powder
- nickel
- tin
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
本発明は、電子部品等の実装に用いられるハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストに関する。更に詳しくは、リフロー後、再溶融及び接合強度の低下が起こりにくく、高温雰囲気に晒される電子部品等の実装に好適なハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストに関するものである。 The present invention relates to a solder powder used for mounting electronic components and the like, and a solder paste using the powder. More particularly, the present invention relates to a solder powder suitable for mounting an electronic component or the like exposed to a high temperature atmosphere, and a solder paste using this powder, which hardly remelts and lowers bonding strength after reflow.
電子部品等の接合に用いられるハンダは環境の面から鉛フリー化が進められ、現在では、錫を主成分としたハンダ粉末が採用されている。ハンダ粉末のような微細な金属粉末を得る方法としては、ガスアトマイズ法や回転ディスク法等のアトマイズ法の他に、メルトスピニング法、回転電極法、機械的プロセス、化学的プロセス等が知られている。ガスアトマイズ法は、誘導炉やガス炉で金属を溶融した後、タンディッシュの底のノズルから溶融金属を流下させ、その周囲より高圧ガスを吹き付けて粉化する方法等が知られている。また、回転ディスク法は、遠心力アトマイズ法とも呼ばれ、溶融した金属を高速で回転するディスク上に落下させて、接線方向に剪断力を加えて破断して微細粉を作る方法である。 Solder used for joining electronic parts and the like has been made lead-free from the viewpoint of the environment, and at present, solder powder mainly composed of tin is used. As a method for obtaining a fine metal powder such as a solder powder, in addition to an atomizing method such as a gas atomizing method or a rotating disk method, a melt spinning method, a rotating electrode method, a mechanical process, a chemical process, or the like is known. . As the gas atomizing method, a method is known in which after melting a metal in an induction furnace or a gas furnace, the molten metal is caused to flow down from a nozzle at the bottom of a tundish, and high pressure gas is sprayed from the surroundings to pulverize. The rotating disk method is also called a centrifugal atomizing method, and is a method in which a molten metal is dropped onto a rotating disk at high speed, and a shearing force is applied in a tangential direction to break and make a fine powder.
ハンダには、上述の環境面における特性以外に、実装される電子部品の用途等に応じて様々な特性が求められる。例えば、携帯電話やパソコン等の情報電子機器では、携帯性を重視させた薄型化、軽量化が要求され、これらの製造に用いられる電子部品の小型化や接合部品のファインピッチ化が進んでおり、より微細な粒径のハンダ粉末が求められる。 In addition to the above-mentioned environmental characteristics, the solder is required to have various characteristics depending on the use of the electronic component to be mounted. For example, information electronic devices such as mobile phones and personal computers are required to be thinner and lighter with an emphasis on portability, and electronic components used in these manufactures are becoming smaller and finer pitches for joining components. Therefore, a solder powder having a finer particle size is required.
一方、車載用途等で高温下で使用される電子部品では、実装後のハンダが高温雰囲気に晒されることによって再溶融し、接合強度が低下するのを防止する必要があることから、リフロー後の高い耐熱性が求められる。最も一般的なSn−Pb系の共晶ハンダ(組成比 Sn:Pb=63:37質量%)の場合、融点は約187℃であり、また、一般的なSn−Ag−Cu系ハンダでは約217℃程度である。これに対し、耐熱性のある高温ハンダとして知られるAu−Sn系の高温ハンダ(組成比Sn:Au=20:80質量%)では、融点が約280℃であり、Sn−Pb系の高温ハンダ(組成比 Sn:Pb=5:95質量%)では、約310〜315℃程度の高い融点を示す。 On the other hand, in electronic parts used at high temperatures for in-vehicle applications, etc., it is necessary to prevent the solder after mounting from remelting by being exposed to a high-temperature atmosphere and reducing the bonding strength. High heat resistance is required. In the case of the most common Sn—Pb type eutectic solder (composition ratio Sn: Pb = 63: 37% by mass), the melting point is about 187 ° C., and in the case of a general Sn—Ag—Cu type solder, It is about 217 ° C. In contrast, Au—Sn high temperature solder (composition ratio Sn: Au = 20: 80 mass%) known as heat resistant high temperature solder has a melting point of about 280 ° C., and Sn—Pb high temperature solder. (Composition ratio Sn: Pb = 5: 95% by mass) shows a high melting point of about 310 to 315 ° C.
しかし、上記Au−Sn系ハンダでは、非常に高価なAuを使用していることから、製造コストが上昇してしまうという問題がある。また、Sn−Pb系の高温ハンダは、非常に高い耐熱性を示すものの、鉛を使用しているため、上述の環境面の問題が残る。このような問題を解消するため、鉛や金を含まない低融点、かつ低コストの材料粉末に、融点が高い他の材料粉末を混合して耐熱性や接合強度等を向上させる技術が知られている(例えば、特許文献1〜6参照。)。 However, since the Au—Sn solder uses very expensive Au, there is a problem that the manufacturing cost increases. In addition, although Sn—Pb-based high-temperature solder exhibits very high heat resistance, it uses lead, and thus the above-mentioned environmental problems remain. In order to solve such problems, a technology is known that improves heat resistance, bonding strength, etc. by mixing low-melting and low-cost material powders that do not contain lead or gold with other material powders with high melting points. (For example, refer to Patent Documents 1 to 6.)
特許文献1には、セラミックス部材と金属部材との当接に、金属Cu粉末、金属Sn粉末及びAg−Cu−Ti合金粉末を混合させた金属材料を使用した接合方法が開示されている。また、特許文献2には、鉛を含まず、従来の錫鉛共晶合金よりも融点が低いSn−Bi等の合金粉末に、従来の錫鉛共晶合金よりも融点が高いSn−Ag等の合金粉末を混合した混合粉末を含有するハンダペーストが開示されている。また、特許文献3には、共晶ハンダ以外に、該共晶ハンダよりも融点が高いAg、Sn、Cu等の金属粒子を混合させたクリームハンダが開示されている。また、特許文献4には、鉛を含まず、Sn等の第一金属成分に、400℃以上の融点を有するAg、Cu等の第二金属成分を混合させたハンダ付け用組成物が開示されている。また、特許文献5には、粉末状をなす第1金属成分と第2金属成分を含み、第1金属成分がSn−Cu系合金、Sn−Cu−Sb系合金のいずれか、若しくはこれらのうちのいずれかにAg、In、Bi、ZnまたはNiのうちの一種以上を添加したものであり、第2金属成分はCu、Sn、Sb、Ag、Zn、Niのうちの一種以上の金属若しくはこれらの金属のうちの2種以上の合金をである高温クリームはんだ用組成物が開示されている。また、特許文献6には、鉛を含まず、錫を主成分として含む第一金属粉と、第一金属粉よりも高い融点をもち、銅を主として含む第二金属粉を含有させたハンダ用組成物が開示されている。 Patent Document 1 discloses a joining method using a metal material in which a metal Cu powder, a metal Sn powder, and an Ag—Cu—Ti alloy powder are mixed for contact between a ceramic member and a metal member. Further, Patent Document 2 does not contain lead, and Sn—Bi or the like, which has a melting point lower than that of a conventional tin-lead eutectic alloy, Sn—Ag or the like whose melting point is higher than that of a conventional tin-lead eutectic alloy. A solder paste containing a mixed powder obtained by mixing these alloy powders is disclosed. Patent Document 3 discloses cream solder in which metal particles such as Ag, Sn, and Cu having a higher melting point than eutectic solder are mixed in addition to eutectic solder. Patent Document 4 discloses a soldering composition in which a second metal component such as Ag or Cu having a melting point of 400 ° C. or higher is mixed with a first metal component such as Sn that does not contain lead. ing. Patent Document 5 includes a first metal component and a second metal component in powder form, and the first metal component is either a Sn—Cu based alloy or a Sn—Cu—Sb based alloy, or of these. One or more of Ag, In, Bi, Zn, or Ni is added to any of the above, and the second metal component is one or more metals of Cu, Sn, Sb, Ag, Zn, Ni, or these A composition for high-temperature cream soldering, which is an alloy of two or more of these metals, is disclosed. Patent Document 6 includes a first metal powder that does not contain lead and contains tin as a main component, and a solder that contains a second metal powder that has a higher melting point than the first metal powder and mainly contains copper. A composition is disclosed.
一方、本出願人は、中心核と前記中心核を被覆する被覆層で構成される平均粒径5μm以下のハンダ粉末において、前記中心核がニッケルからなる金属元素核と、この金属元素核の外周に前記金属元素と錫との金属間化合物層を有する2層構造からなり、前記被覆層が錫からなるハンダ粉末を特許出願した(特許文献7参照。)。このハンダ粉末中のニッケルの含有割合はハンダ粉末の全体量100質量%に対して、0.1〜1.0質量%である。ニッケルの含有割合を上記範囲に限定することにより、共晶点から組成をずれるのを防止してハンダ粉末の融点を低くするとともに、形成したハンダバンプにおけるハンダ合金の電気抵抗の増加を抑え、機械的強度を向上させている。また、このハンダ粉末は、中心核が金属元素のみで構成された従来のハンダ粉末に比べ、リフロー時の溶融拡散性が良く、ハンダバンプ形成時の組成制御が容易であり、濡れ性に優れ、平均粒径5μm以下と微細な粉末であるため、この粉末を原料としたハンダ用ペーストを基板等に印刷する際に、ファインピッチパターンで印刷できる効果を有する。 On the other hand, the present applicant, in a solder powder composed of a central core and a coating layer covering the central core, having an average particle size of 5 μm or less, a metal element core in which the central core is made of nickel, and an outer periphery of the metal element core Patent application was made for a solder powder having a two-layer structure having an intermetallic compound layer of the metal element and tin and the coating layer being made of tin (see Patent Document 7). The content ratio of nickel in the solder powder is 0.1 to 1.0% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the solder powder. By limiting the nickel content to the above range, the composition is prevented from deviating from the eutectic point to lower the melting point of the solder powder, and the increase in the electrical resistance of the solder alloy in the formed solder bump is suppressed. Strength is improved. Also, this solder powder has better melt diffusibility during reflow, easier composition control during solder bump formation, better wettability, and better average solder powder than the conventional solder powder whose central core is composed only of metal elements. Since it is a fine powder having a particle size of 5 μm or less, it has an effect that it can be printed with a fine pitch pattern when a solder paste made from this powder is printed on a substrate or the like.
上記従来の特許文献1〜6では、いずれも鉛や金等を含まない低融点の金属粉末と、高融点を有する金属粉末とを混合して得られたハンダ粉末等を使用しているが、このように融点や組成等が異なる2又はそれ以上の粉末同士を混合して得られるハンダ粉末では、粉末の混ざり具合に不均一さが生じやすい。不均一さが生じると、リフロー時に、部分的な溶融ムラや組成ズレが生じ、これにより、接合部位において十分な強度が得られないといった問題が生じる。 In the above-mentioned conventional Patent Documents 1 to 6, all use a solder powder obtained by mixing a low melting point metal powder not containing lead or gold and a high melting point metal powder, etc. As described above, in the solder powder obtained by mixing two or more powders having different melting points, compositions, etc., nonuniformity is likely to occur in the mixing of the powders. When non-uniformity occurs, partial melting unevenness and compositional deviation occur during reflow, which causes a problem that sufficient strength cannot be obtained at the joint portion.
また、特許文献7の発明において、ニッケルの含有割合を0.1〜1.0質量%にした場合、高温雰囲気に実装後のハンダが晒されるときには、実装後のハンダが再溶融するか、又はハンダの一部において液相が生じるために、基板等との接合強度が低下することがあり、更なる改良が必要であった。 Further, in the invention of Patent Document 7, when the content ratio of nickel is 0.1 to 1.0% by mass, when the solder after mounting is exposed to a high temperature atmosphere, the solder after mounting remelts, or Since a liquid phase is generated in a part of the solder, the bonding strength with the substrate or the like may be lowered, and further improvement is necessary.
本発明の目的は、リフロー後、再溶融及び接合強度の低下が起こりにくく、高温雰囲気に晒される電子部品等の実装に好適なハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペーストを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solder powder suitable for mounting an electronic component or the like exposed to a high-temperature atmosphere, and a solder paste using this powder, which hardly remelts and lowers bonding strength after reflow. .
本発明者らか鋭意研究を重ねた結果、ニッケルの上限値の含有割合を1.0質量%を超える割合にしても、錫を少なくとも35質量%含ませて、リフロー処理することにより、リフロー時のハンダ粉末を十分に溶融させて基板等に接合でき、しかも高温雰囲気に晒されても実装後のハンダが再溶融せずに、又はハンダの一部において液相が生じることなく、基板等との接合不良を発生させないことを見い出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies by the present inventors, even when the content ratio of the upper limit value of nickel exceeds 1.0% by mass, at least 35% by mass of tin is included and reflow treatment is performed. The solder powder can be sufficiently melted and bonded to a substrate or the like, and even after being exposed to a high temperature atmosphere, the solder after mounting does not remelt or a liquid phase does not occur in a part of the solder. Thus, the present inventors have found that no joint failure occurs.
本発明の第1の観点は、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がニッケル及びニッケルと錫との金属間化合物からなり、被覆層12が錫からなるハンダ粉末10において、ハンダ粉末10の平均粒径が1〜30μmであり、ハンダ粉末10の全体量100質量%に対し、ニッケルの含有割合が3.0質量%を超え65質量%以下であることを特徴とする。 As shown in FIG. 1, the first aspect of the present invention is composed of a central core 11 and a coating layer 12 covering the central core 11, and the central core 11 is composed of nickel and an intermetallic compound of nickel and tin. In the solder powder 10 in which the coating layer 12 is made of tin, the average particle size of the solder powder 10 is 1 to 30 μm, and the nickel content exceeds 3.0% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the solder powder 10. It is 65 mass% or less, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更にニッケルと錫との金属間化合物がNi3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4及びNiSn3からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物であることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the intermetallic compound of nickel and tin is further selected from the group consisting of Ni 3 Sn, Ni 3 Sn 2 , Ni 3 Sn 4 and NiSn 3. It is one or two or more selected compounds.
本発明の第3の観点は、第1又は第2の観点のハンダ粉末とハンダ用フラックスを混合してペースト化することにより得られたハンダ用ペーストである。 A third aspect of the present invention is a solder paste obtained by mixing the solder powder of the first or second aspect and a solder flux into a paste.
本発明の第4の観点は、第3の観点のハンダ用ペーストを用いて電子部品を実装する方法である。 A fourth aspect of the present invention is a method for mounting an electronic component using the solder paste according to the third aspect.
本発明の第1の観点のハンダ粉末は、中心核と中心核を被覆する被覆層で構成され、中心核がニッケル及びニッケルと錫との金属間化合物からなり、被覆層が錫からなるハンダ粉末において、ハンダ粉末の平均粒径が1〜30μmであり、ハンダ粉末の全体量100質量%に対し、ニッケルの含有割合が3.0質量%を超え65質量%以下である。このように、本発明のハンダ粉末では、粉末表面が融点の低い錫から構造されることで、錫の含有割合が特許文献7記載のハンダ粉末の含有割合と比べて減少しても、リフロー時の溶融性、焼結性等に優れる一方、リフロー後は、ニッケルの含有割合が特許文献7記載のハンダ粉末の0.1〜1.0質量%の含有割合と比べて増加するため、また既に存在する金属間化合物により、融点の高い金属間化合物を特許文献7記載のハンダ粉末と比べてより高い比率で形成する。 The solder powder according to the first aspect of the present invention is composed of a central core and a coating layer covering the central core, the central core is made of nickel and an intermetallic compound of nickel and tin, and the coating layer is made of tin. The average particle size of the solder powder is 1 to 30 μm, and the nickel content is more than 3.0% by mass and 65% by mass or less with respect to 100% by mass of the total amount of the solder powder. Thus, in the solder powder of the present invention, the powder surface is structured from tin having a low melting point, so that even when the content ratio of tin is reduced compared to the content ratio of the solder powder described in Patent Document 7, On the other hand, after reflow, the content ratio of nickel is increased compared to the content ratio of 0.1 to 1.0% by mass of the solder powder described in Patent Document 7, so Due to the existing intermetallic compound, an intermetallic compound having a high melting point is formed at a higher ratio than the solder powder described in Patent Document 7.
本発明の第2の観点のハンダ粉末は、ニッケルと錫との金属間化合物がNi3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4及びNiSn3からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物である。この金属間化合物の融点を例示すれば、Ni3Snの融点は約1000℃、Ni3Sn2の融点は1200℃及びNi3Sn4の融点は784.5℃である。こうして凝固開始温度が600〜1200℃程度まで上昇することで再溶融が起こりにくくなる。このため、本発明のハンダ粉末は、高温雰囲気に晒される電子部品等の実装に用いられる高温ハンダとして好適に用いることができる。また、粉末を構成する一つの金属粒子内において、ニッケルと錫が含まれるため、リフロー時の溶融ムラや組成ズレによる接合強度の低下を防止できる。 In the solder powder according to the second aspect of the present invention, the intermetallic compound of nickel and tin is one or more selected from the group consisting of Ni 3 Sn, Ni 3 Sn 2 , Ni 3 Sn 4 and NiSn 3. It is a compound of this. For example, the melting point of Ni 3 Sn is about 1000 ° C., the melting point of Ni 3 Sn 2 is 1200 ° C., and the melting point of Ni 3 Sn 4 is 784.5 ° C. Thus, when the solidification start temperature rises to about 600 to 1200 ° C., remelting hardly occurs. For this reason, the solder powder of the present invention can be suitably used as a high-temperature solder used for mounting electronic parts and the like exposed to a high-temperature atmosphere. In addition, since nickel and tin are contained in one metal particle constituting the powder, it is possible to prevent a decrease in bonding strength due to melting unevenness or composition shift during reflow.
本発明の第3の観点のハンダ用ペーストは、上記本発明のハンダ粉末を用いて得られる。そのため、このハンダ用ペーストは、リフロー時の溶融が速く、溶融性に優れる一方、リフロー後は、特許文献7記載のハンダ粉末と異なり金属間化合物及びニッケルからなる接合層を形成し、溶融するハンダ粉末が特許文献7記載のハンダ粉末と比べて高い融点の金属間化合物を形成し、耐熱性が上昇するため、熱による再溶融が起こりにくい。このため、本発明のハンダ用ペーストは、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。 The solder paste according to the third aspect of the present invention is obtained using the solder powder of the present invention. Therefore, this solder paste is fast melting at reflow and excellent in meltability, but after reflowing, unlike solder powder described in Patent Document 7, it forms a bonding layer made of an intermetallic compound and nickel and melts solder. Since the powder forms an intermetallic compound having a higher melting point than the solder powder described in Patent Document 7 and the heat resistance is increased, remelting due to heat hardly occurs. For this reason, the solder paste of the present invention can be suitably used for mounting electronic components exposed to a high temperature atmosphere.
本発明の第4の観点の電子部品を実装する方法では、上記本発明のハンダ用ペーストを用いるため、リフロー時にはハンダ用ペーストの溶融の速さ、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とともに、実装後において高い耐熱性を付与できる。 In the method of mounting the electronic component according to the fourth aspect of the present invention, the solder paste of the present invention is used. Therefore, during reflow, the melting speed of the solder paste and the excellent meltability make it easy and highly accurate. It can be mounted with high heat resistance after mounting.
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。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔ハンダ粉末〕
本発明のハンダ粉末は、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がニッケル及びニッケルと錫との金属間化合物からなり、被覆層12が錫からなるハンダ粉末である。本発明のハンダ粉末は、このように、ニッケル及びニッケルと錫との金属間化合物からなる中心核が、融点の低い錫からなる被覆層で被覆された構造になっているため、リフロー時の溶融性に優れる。また、上記従来のハンダ粉末のように、融点等が異なる2種類以上の金属粉末を混合した粉末ではなく、粉末を構成する一つの金属粒子内において、ニッケルと錫が含まれるため、リフロー時の溶融ムラや組成ズレが起こりにくく、高い接合強度が得られる。更に、中心核の一部が、リフロー前に既にニッケルと錫との金属間化合物を形成しているため、例えばニッケルからなる中心核を錫で被覆した構造の粉末に比べて、リフロー時の溶融拡散性が良く、ハンダバンプ形成時の組成制御が容易であり、濡れ性に優れる。
[Solder powder]
As shown in FIG. 1, the solder powder of the present invention comprises a central core 11 and a coating layer 12 covering the central core 11, and the central core 11 is made of nickel and an intermetallic compound of nickel and tin. 12 is a solder powder made of tin. As described above, the solder powder of the present invention has a structure in which a central core made of nickel and an intermetallic compound of nickel and tin is covered with a coating layer made of tin having a low melting point, and thus melts during reflow. Excellent in properties. In addition, the conventional solder powder is not a powder in which two or more kinds of metal powders having different melting points or the like are mixed, but nickel and tin are contained in one metal particle constituting the powder. Melting unevenness and composition deviation hardly occur, and high bonding strength can be obtained. Furthermore, since a part of the central core has already formed an intermetallic compound of nickel and tin before reflowing, for example, compared to a powder having a structure in which the central core made of nickel is covered with tin, melting at the time of reflowing Good diffusibility, easy composition control during solder bump formation, and excellent wettability.
そして、本発明のハンダ粉末10は、平均粒径が1〜30μmである。ハンダ粉末の平均粒径を1〜30μmに限定したのは、30μmを越えるとバンプを形成する場合においてバンプのコプラナリティが低下するという不具合を生じ、また、パターン表面をハンダでコートする場合に塗布ムラが生じ、パターン全面を均一にコートできないという不具合を生じるからである。なお、1μm未満になると、比表面積が高くなり、粉末の表面酸化層の影響によりハンダの溶融性が低下する。ハンダ粉末の平均粒径は2〜18μmの範囲とするのが好ましい。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、D50)をいう。 And the solder powder 10 of this invention is 1-30 micrometers in average particle diameter. The reason why the average particle size of the solder powder is limited to 1 to 30 μm is that when it exceeds 30 μm, the bump coplanarity is lowered when the bump is formed, and the uneven coating is applied when the pattern surface is coated with solder. This is because a problem arises that the entire pattern surface cannot be uniformly coated. When the thickness is less than 1 μm, the specific surface area increases, and the meltability of the solder decreases due to the influence of the surface oxide layer of the powder. The average particle size of the solder powder is preferably in the range of 2 to 18 μm. In the present specification, the average particle size of the powder was measured with a particle size distribution measuring device (Horiba Seisakusho, laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device LA-950) using a laser diffraction scattering method. Volume cumulative median diameter (Median diameter, D 50 ).
また、本発明のハンダ粉末10は、粉末の全体量100質量%に対し、ニッケルの含有割合が3.0質量%を超え65質量%以下である。従来のハンダ粉末では、Sn−Pb系共晶ハンダ(組成比 Sn:Pb=63:37質量%)の代替として使用されるため、融点が近く、共晶組成が求められるという理由から、ニッケルの割合を0.7質量%程度と、比較的少なめに含有させている。一方、本発明のハンダ粉末では、ニッケルの割合を特許文献7と比べて多めの上記範囲で含ませることにより、リフロー後に、600〜1200℃程度の高い凝固開始温度を有するSn−Ni合金を形成する。なお、ニッケルの含有割合が少なくても、リフロー後は、錫よりも凝固開始温度の高いSn−Ni合金を形成するが、ニッケルをより多く含有させることで、凝固開始温度が更に上昇するのは、合金中に高い融点を有する金属間化合物の比率がより一層高くなるという理由からである。これにより、このハンダ粉末を含むハンダ用ペーストのリフローによって形成されるハンダバンプでは、耐熱性が大幅に向上し、再溶融及び接合強度の低下を防止することができる。このため、高温雰囲気に晒される電子部品等の実装に用いられる高温ハンダとして好適に用いることができる。ニッケルの含有割合が3.0質量%以下では、凝固開始温度が低くなることから、リフロー後に形成されるハンダバンプにおいて十分な耐熱性が得られず、高温雰囲気での使用の際に再溶融が起こり、高温ハンダとして用いることができない。一方、65質量%を越えると凝固開始温度が高くなりすぎて、ハンダが十分に溶融しないため、接合不良が発生するという不具合が生じる。このうち、粉末の全体量100質量%に占めるニッケルの含有割合は、5〜65質量%とするのが好ましい。 Moreover, the solder powder 10 of this invention is more than 3.0 mass% and 65 mass% or less of nickel content rate with respect to 100 mass% of powder whole quantity. Since conventional solder powder is used as an alternative to Sn-Pb eutectic solder (composition ratio Sn: Pb = 63: 37% by mass), the melting point is close and eutectic composition is required. The proportion is about 0.7% by mass and relatively small. On the other hand, in the solder powder of the present invention, a Sn—Ni alloy having a high solidification start temperature of about 600 to 1200 ° C. is formed after reflowing by including a proportion of nickel in the above-mentioned range which is larger than that in Patent Document 7. To do. Even if the content ratio of nickel is small, after reflowing, a Sn—Ni alloy having a higher solidification start temperature than tin is formed. However, if more nickel is contained, the solidification start temperature is further increased. This is because the ratio of the intermetallic compound having a high melting point in the alloy is further increased. Thereby, in the solder bump formed by reflow of the solder paste containing this solder powder, the heat resistance is greatly improved, and remelting and reduction in bonding strength can be prevented. For this reason, it can be suitably used as a high-temperature solder used for mounting electronic parts and the like exposed to a high-temperature atmosphere. When the nickel content is 3.0% by mass or less, the solidification start temperature becomes low, so that sufficient heat resistance cannot be obtained in the solder bump formed after reflow, and remelting occurs when used in a high temperature atmosphere. Can not be used as high temperature solder. On the other hand, if it exceeds 65% by mass, the solidification start temperature becomes too high and the solder is not sufficiently melted, resulting in a problem that bonding failure occurs. Among these, it is preferable that the content rate of nickel which occupies for 100 mass% of the whole amount of powder shall be 5-65 mass%.
また、ハンダ粉末中の錫の含有割合は、粉末中の上記ニッケル以外の残部、即ちハンダ粉末の全体量100質量%に対して35質量%以上97質量%未満、好ましくは35〜95質量%である。錫の含有割合が35質量%未満では、リフロー時においてハンダ粉末に必要とされる低融点を示さないからである。また、97質量%以上では、結果的にニッケルの含有割合が少なくなり、リフロー後に形成されるハンダバンプの耐熱性が低下する。即ち、高温雰囲気に実装後のハンダが晒されると実装後のハンダが再溶融するか、又はハンダの一部において液相が生じて、基板等との接合強度が低下するおそれがある。 Further, the content ratio of tin in the solder powder is 35% by mass or more and less than 97% by mass, preferably 35 to 95% by mass with respect to the remainder other than nickel in the powder, that is, 100% by mass of the total amount of the solder powder. is there. This is because if the tin content is less than 35% by mass, the low melting point required for the solder powder is not exhibited during reflow. On the other hand, when the content is 97% by mass or more, the nickel content decreases as a result, and the heat resistance of the solder bump formed after reflowing is lowered. That is, when the solder after mounting is exposed to a high temperature atmosphere, the solder after mounting may be remelted or a liquid phase may be generated in a part of the solder, which may reduce the bonding strength with the substrate or the like.
中心核の一部を構成するニッケルと錫との金属間化合物としては、Ni3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4及びNiSn3からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられるが、実際には、ニッケルと錫との組成比により、主にNi3Sn、Ni3Sn2が中心核を形成する。 As an intermetallic compound of nickel and tin constituting a part of the central core, one or more compounds selected from the group consisting of Ni 3 Sn, Ni 3 Sn 2 , Ni 3 Sn 4 and NiSn 3 In practice, however, Ni 3 Sn and Ni 3 Sn 2 mainly form the central core depending on the composition ratio of nickel and tin.
〔ハンダ粉末の製造方法〕
続いて、上記本発明のハンダ粉末を製造する方法について説明する。先ず、ニッケル粉末を溶媒に分散して第1分散液を調製する。溶媒には分散剤を混合してもよい。次いで、錫の金属塩をニッケル粉末の第1分散液に添加混合して錫の金属塩が溶解しニッケル粉末が分散する混合液を調製する。次に、混合液のpHを0.1〜2.0に調整する。このpH調整した混合液に還元剤を添加し、混合することにより、錫イオンが還元され、析出した錫が前記ニッケル粉末を被覆する金属粉末が分散する第2分散液を調製した後、この第2分散液を固液分離し、この固液分離した固形分を乾燥してハンダ粉末を得る。混合液中におけるニッケル粉末、錫を含む化合物の割合は、ハンダ粉末製造後に、ニッケルの含有割合が3質量%を超え65質量%以下の範囲になるように調整する。
[Method for producing solder powder]
Subsequently, a method for producing the solder powder of the present invention will be described. First, nickel powder is dispersed in a solvent to prepare a first dispersion. A dispersant may be mixed in the solvent. Next, a metal salt of tin is added to and mixed with the first dispersion of nickel powder to prepare a mixed solution in which the metal salt of tin is dissolved and the nickel powder is dispersed. Next, the pH of the mixed solution is adjusted to 0.1 to 2.0. After adding a reducing agent to the pH adjusted liquid mixture and mixing, tin ions are reduced, and after preparing a second liquid dispersion in which the deposited tin disperses the metal powder covering the nickel powder, (2) The dispersion is subjected to solid-liquid separation, and the solid content thus separated is dried to obtain a solder powder. The ratio of the nickel powder and the compound containing tin in the mixed liquid is adjusted so that the nickel content is in the range of more than 3% by mass and less than 65% by mass after the solder powder is manufactured.
上記ニッケル粉末は、1〜21μmの平均粒径を有することが好ましい。この下限値の1μm未満では、本発明の方法で製造されるハンダ粉末の平均粒径が最小値の1μmに達しなくなる。ハンダ粉末の平均粒径が最小値の1μm未満になると、ハンダ粉末の比表面積が高くなり、粉末の表面酸化層の影響によりハンダの溶融性を低下させてしまう。また上記下限値の1μm未満では、ハンダ粉末を構成するニッケルの含有量3.0質量%を超えることが困難になる。また上限値の21μmを超えると、ハンダ粉末の平均粒径が最大値の30μmを超え易くなる。ハンダ粉末の平均粒径が最大値の30μmを超えると、このハンダ粉末を用いたハンダペーストによりバンプを形成する場合においてバンプのコプラナリティが低下し、また、パターン表面をハンダでコートする場合に塗布ムラが生じ、パターン全面を均一にコートできなくなる。ニッケル粉末の平均粒径は1.2〜16.0μmであることが更に好ましい。このニッケル粉末は、還元反応による化学的手法で得られる他、アトマイズ法のような物理的手法によって得られる。 The nickel powder preferably has an average particle diameter of 1 to 21 μm. If the lower limit is less than 1 μm, the average particle size of the solder powder produced by the method of the present invention does not reach the minimum value of 1 μm. When the average particle size of the solder powder is less than the minimum value of 1 μm, the specific surface area of the solder powder increases, and the meltability of the solder is lowered due to the influence of the surface oxide layer of the powder. Moreover, if it is less than 1 micrometer of the said lower limit, it will become difficult to exceed content of 3.0 mass% of nickel which comprises solder powder. If the upper limit of 21 μm is exceeded, the average particle size of the solder powder tends to exceed the maximum value of 30 μm. When the average particle size of the solder powder exceeds the maximum value of 30 μm, the bump coplanarity is lowered when the bump is formed by the solder paste using the solder powder, and the uneven coating is applied when the pattern surface is coated with the solder. As a result, the entire surface of the pattern cannot be uniformly coated. The average particle diameter of the nickel powder is more preferably 1.2 to 16.0 μm. This nickel powder can be obtained not only by a chemical method using a reduction reaction but also by a physical method such as an atomizing method.
ニッケル粉末が分散する第1分散液の溶媒としては、水、アルコール、エーテル、ケトン、エステル等が挙げられる。調製した混合液は、生成したハンダ粉末の再溶解等を考慮して、pHを0.1〜2.0に調整する。なお、混合液に錯化剤を加えて、錫元素を錯体化してもよい、錯化剤を加えることでpHがアルカリ側でも錫イオンが沈殿せず、広い範囲での合成が可能となる。錯化剤としては、コハク酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、フタル酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、エチレンジアミン四酢酸、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸又はその塩等が挙げられる。また、分散剤としては、セルロース系、ビニル系、多価アルコール等が挙げられ、その他にゼラチン、カゼイン等を用いることができる。分散剤は、錯化剤を加えた後に添加してもよい。 Examples of the solvent of the first dispersion liquid in which the nickel powder is dispersed include water, alcohol, ether, ketone, and ester. The prepared mixed solution is adjusted to a pH of 0.1 to 2.0 in consideration of re-dissolution of the generated solder powder. Note that a complexing agent may be added to the mixed solution to complex the tin element. By adding the complexing agent, tin ions do not precipitate even when the pH is alkaline, and synthesis in a wide range is possible. Examples of the complexing agent include succinic acid, tartaric acid, glycolic acid, lactic acid, phthalic acid, malic acid, citric acid, oxalic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, and salts thereof. Examples of the dispersant include cellulose-based, vinyl-based, and polyhydric alcohols. In addition, gelatin, casein, and the like can be used. The dispersant may be added after adding the complexing agent.
混合液の調製に用いられる錫化合物としては、塩化錫(II)、硫酸錫(II)、酢酸錫(II)、シュウ酸錫(II)等の錫の金属塩が挙げられる。このうち、錫を含む化合物は、塩酸塩の塩化錫(II)を使用するのが特に好ましい。 Examples of the tin compound used for preparing the mixed solution include tin metal salts such as tin (II) chloride, tin (II) sulfate, tin (II) acetate, and tin (II) oxalate. Among these, it is particularly preferable to use tin (II) chloride as a hydrochloride as the compound containing tin.
次に、pH調整した混合液に還元剤を添加する際には、予め還元剤を溶解した水溶液を調製し、この水溶液のpHを、混合液と同程度に調整しておくことが好ましい。還元剤としては、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、ジメチルアミンボラン等のホウ素水素化物、ヒドラジン等の窒素化合物、3価のチタンイオンや2価のクロムイオン等の金属イオン等が挙げられる。 Next, when adding a reducing agent to the pH-adjusted mixed solution, it is preferable to prepare an aqueous solution in which the reducing agent is dissolved in advance and adjust the pH of the aqueous solution to the same level as the mixed solution. Examples of the reducing agent include boron hydrides such as sodium tetrahydroborate and dimethylamine borane, nitrogen compounds such as hydrazine, metal ions such as trivalent titanium ions and divalent chromium ions, and the like.
次に、上記混合液に還元剤水溶液を添加して混合することにより、混合液中の錫イオンが還元され、析出した錫がニッケル粉末を被覆する金属粉末が分散した第2分散液が得られる。この還元反応により、ニッケルからなる中心核と、この中心核を被覆する錫からなる被覆層で構成された金属粉末が形成される。混合液と還元剤水溶液を混合する方法としては、容器内の混合液に所定の添加速度で還元剤水溶液を滴下し、スターラ等で攪拌する方法や、所定の径を有する反応チューブを用い、この反応チューブ内に両液を所定の流量で注ぎ込み、混合させる方法等が挙げられる。 Next, a reducing agent aqueous solution is added to and mixed with the above mixed solution, whereby tin ions in the mixed solution are reduced, and a second dispersion in which the metal powder covering the nickel powder with the deposited tin is dispersed is obtained. . By this reduction reaction, metal powder composed of a central core made of nickel and a coating layer made of tin covering the central core is formed. As a method of mixing the mixed solution and the reducing agent aqueous solution, the reducing agent aqueous solution is dropped into the mixed solution in the container at a predetermined addition rate and stirred with a stirrer or a reaction tube having a predetermined diameter. Examples include a method of pouring both solutions into a reaction tube at a predetermined flow rate and mixing them.
次いで、上記金属粉末が分散した第2分散液を、デカンテーション等によって固液分離し、回収した固形分を水又はpHを0.5〜2に調整した塩酸水溶液、硝酸水溶液、硫酸水溶液、或いはメタノール、エタノール、アセトン等で洗浄する。洗浄後は、再度固液分離して固形分を回収する。洗浄から固液分離までの工程を、好ましくは2〜5回繰り返した後、回収した固形分を真空乾燥させることにより、本発明のハンダ粉末を得ることができる。 Next, the second dispersion liquid in which the metal powder is dispersed is subjected to solid-liquid separation by decantation or the like, and the recovered solid content is water or a hydrochloric acid aqueous solution, a nitric acid aqueous solution, a sulfuric acid aqueous solution whose pH is adjusted to 0.5 to 2, or Wash with methanol, ethanol, acetone, etc. After washing, the solid content is recovered by solid-liquid separation again. The solder powder of the present invention can be obtained by repeating the steps from washing to solid-liquid separation, preferably 2 to 5 times, and then vacuum-drying the collected solid content.
また、更に下記に記載する加熱処理を行ってもよい。真空乾燥する前の回収した固形分に、沸点が100℃以上の高沸点溶媒を加えて分散させ不活性ガス雰囲気下、所定の温度で加熱する。この加熱処理を施すことにより、上記還元反応で形成された金属粉末のニッケルからなる中心核、中心核を被覆する錫からなる被覆層の一部が反応して、加熱処理を行わない場合に比べて、より厚いニッケルと錫の金属間化合物からなる層を有する中心核が形成される。 Further, the heat treatment described below may be performed. A high boiling point solvent having a boiling point of 100 ° C. or higher is added to and dispersed in the collected solid content before vacuum drying, and heated at a predetermined temperature in an inert gas atmosphere. By applying this heat treatment, the central core made of nickel of the metal powder formed by the above reduction reaction reacts with a part of the coating layer made of tin covering the central core, and compared with the case where the heat treatment is not performed. Thus, a central core having a layer made of a thicker nickel-tin intermetallic compound is formed.
使用される高沸点溶媒としてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ヒマシ油等が挙げられる。 Examples of the high boiling point solvent used include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, and castor oil.
上記加熱処理は、100〜130℃の温度で20分間〜1時間、窒素又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。処理温度又は保持時間が下限値未満では、中心核に金属間化合物が形成されない場合がある。また、処理温度が上限値を越えると、被覆層の錫が酸化されて溶融性が低下する不具合が生じる。なお、保持時間を上限値以上としてもその効果は変わらない。このうち115〜125℃の温度で30〜40分間行うのが特に好ましい。不活性ガス雰囲気下で行うのは、錫の酸化を防ぐためである。 The heat treatment is preferably performed at a temperature of 100 to 130 ° C. for 20 minutes to 1 hour in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. When the treatment temperature or holding time is less than the lower limit value, an intermetallic compound may not be formed in the central core. On the other hand, when the treatment temperature exceeds the upper limit value, tin in the coating layer is oxidized, resulting in a problem that the meltability is lowered. The effect does not change even if the holding time is set to the upper limit value or more. Among these, it is particularly preferable to carry out at a temperature of 115 to 125 ° C. for 30 to 40 minutes. The reason why the reaction is performed in an inert gas atmosphere is to prevent oxidation of tin.
加熱後は、再度上記洗浄から固液分離までの工程を、好ましくは2〜5回繰り返した後、回収した固形分を真空乾燥させることにより、本発明のハンダ粉末を得ることができる。 After heating, the steps from washing to solid-liquid separation are preferably repeated 2 to 5 times, and then the collected solid content is vacuum dried to obtain the solder powder of the present invention.
〔ハンダ用ペースト及びその調製方法〕
以上の工程により、得られた本発明のハンダ粉末は、ハンダ用フラックスと混合してペースト化して得られるハンダ用ペーストの材料として好適に用いられる。ハンダ用ペーストの調製は、ハンダ粉末とハンダ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。ハンダ用ペーストの調製に用いられるハンダ用フラックスは、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。
[Solder paste and its preparation method]
The solder powder of the present invention obtained by the above steps is suitably used as a material for a solder paste obtained by mixing with a solder flux to form a paste. The solder paste is prepared by mixing solder powder and solder flux at a predetermined ratio to form a paste. The solder flux used for the preparation of the solder paste is not particularly limited, but a flux prepared by mixing components such as a solvent, rosin, thixotropic agent and activator can be used.
上記ハンダ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。 Solvents suitable for preparing the solder flux include diethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, tetraethylene glycol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, α-terpineol and the like having a boiling point of 180. An organic solvent having a temperature of not lower than ° C. can be mentioned. Examples of the rosin include gum rosin, hydrogenated rosin, polymerized rosin, and ester rosin.
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。 Further, as the thixotropic agent, hardened castor oil, fatty acid amide, natural fats and oils, synthetic fats and oils, N, N′-ethylenebis-12-hydroxystearylamide, 12-hydroxystearic acid, 1,2,3,4-dibenzylidene- Examples include D-sorbitol and its derivatives.
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リルアミン、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。また、この他に有機酸、アミン及びこれらの塩等も用いることができる。 The activator is preferably a hydrohalic acid amine salt, specifically, triethanolamine, diphenylguanidine, ethanolamine, butylamine, aminopropanol, polyoxyethyleneoleylamine, polyoxyethylenelaurylamine, polyoxyethylene. Stearylamine, diethylamine, triethylamine, methoxypropylamine, dimethylaminopropylamine, dibutylaminopropylamine, ethylhexylamine, ethoxypropylamine, ethylhexyloxypropylamine, bispropylamine, isopropylamine, diisopropylamine, piperidine, 2,6-dimethyl Piperidine, aniline, methylamine, ethylamine, butylamine, 3-amino-1-propene, isopropylamine , Dimethyl hexyl amines, hydrochloric acid salt or hydrobromide of an amine such as cyclohexylamine. In addition, organic acids, amines and salts thereof can be used.
ハンダ用フラックスは、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、これを用いたハンダ用ペーストの粘度も応じて高くなり、ハンダ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、これを用いたハンダ用ペーストの粘度も応じて低くなることから、ハンダ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、ハンダ用ペーストの粘度が低くなりすぎるため、ハンダ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、上限値を越えるとハンダ用ペーストの粘度が高くなりすぎるため、ハンダ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、ハンダ粉末が溶融せず、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ハンダ粉末と反応し易くなるため、ハンダ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、ハンダ用フラックスには、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、アスコルビン酸、アスコルビン酸の誘導体等が挙げられる。粘度安定剤は、多すぎるとハンダ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。 The soldering flux can be obtained by mixing the above components at a predetermined ratio. It is preferable that the ratio of the solvent in the total amount of flux of 100% by mass is 30 to 60% by mass, the ratio of the thixotropic agent is 1 to 10% by mass, and the ratio of the activator is 0.1 to 10% by mass. If the solvent ratio is less than the lower limit, the viscosity of the flux will be too high, so the viscosity of the solder paste using this will also increase accordingly, resulting in poor printability, such as poor solder filling and uneven coating. May cause malfunctions. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the viscosity of the flux becomes too low, and the viscosity of the solder paste using the flux also decreases accordingly, which may cause a problem that the solder powder and the flux component settle and separate. In addition, when the ratio of the thixotropic agent is less than the lower limit, the viscosity of the solder paste becomes too low, which may cause a problem that the solder powder and the flux component are settled and separated. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the viscosity of the solder paste becomes too high, which may cause problems such as poor solderability and poor printability such as coating unevenness. In addition, if the ratio of the activator is less than the lower limit value, the solder powder may not be melted and a sufficient bonding strength may not be obtained. On the other hand, if the upper limit value is exceeded, the activator may become solder powder during storage. This may cause a problem that the storage stability of the solder paste is lowered. In addition, a viscosity stabilizer may be added to the solder flux. Examples of the viscosity stabilizer include polyphenols that can be dissolved in a solvent, phosphoric acid compounds, sulfur compounds, tocophenols, tocophenol derivatives, ascorbic acid, ascorbic acid derivatives, and the like. If there are too many viscosity stabilizers, problems such as a decrease in the meltability of the solder powder may occur.
ハンダ用ペーストを調製する際のハンダ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、ハンダ溶融時に所望のサイズのハンダバンプを得るのが困難になるからである。 The amount of solder flux mixed when preparing the solder paste is preferably such that the proportion of the flux in 100% by mass of the prepared paste is 5 to 30% by mass. If it is less than the lower limit, it becomes difficult to form a paste due to insufficient flux, while if it exceeds the upper limit, the content of the flux in the paste is too high and the content of metal is reduced, and solder bumps of the desired size when melting the solder This is because it becomes difficult to obtain.
このハンダ用ペーストは、上記本発明のハンダ粉末を材料としているため、リフロー時の溶融が速く、溶融性に優れる一方、リフロー後は、溶融するハンダ粉末が融点の高い金属間化合物を形成し、耐熱性が上昇するため、熱による再溶融が起こりにくい。このため、本発明のハンダ用ペーストは、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。 Since this solder paste is made of the above-described solder powder of the present invention, melting at the time of reflow is fast and excellent in meltability, and after reflow, the melting solder powder forms an intermetallic compound having a high melting point, Since heat resistance increases, remelting due to heat hardly occurs. For this reason, the solder paste of the present invention can be suitably used for mounting electronic components exposed to a high temperature atmosphere.
〔ハンダ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ハンダ用ペーストを用いて電子部品をシリコンチップ、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ハンダ用ペーストを転写する。次いで、転写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、250〜400℃の温度で、5〜120分間保持して、ハンダ粉末をリフローする。場合によっては、チップ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。
[Electronic component mounting method and joint using solder paste]
To mount electronic components on silicon chips, LED chips, etc. on various heat dissipation boards, FR4 (Flame Retardant Type 4) boards, Kovar boards, etc. using the solder paste prepared by the above method, pin transfer The solder paste is transferred to a predetermined position of the substrate by the method. Next, a chip element which is an electronic component is mounted on the transferred paste. In this state, the solder powder is reflowed by holding in a reflow furnace in a nitrogen atmosphere at a temperature of 250 to 400 ° C. for 5 to 120 minutes. In some cases, the chip and the substrate may be joined while being pressed. Thus, the chip element and the substrate are bonded to obtain a bonded body, and the electronic component is mounted on the substrate.
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<実施例1>
先ず、水50mLに平均粒径が1.1μmのニッケル粉末0.10gを分散させて第1分散液を調製した。この分散液に塩化錫(II)2.56×10−2molを加え、スターラを用いて回転速度300rpmにて5分間撹拌し、混合液を調製した。この混合溶液を塩酸にてpHを0.5に調整した後、分散剤としてポリビニルアルコール500(平均分子量が500のポリビニルアルコール)を0.5g加え、更に回転速度300rpmにて10分間攪拌した。次いで、この混合液にpHを0.5に調整した1.58mol/Lの2価クロムイオン水溶液50mLを、添加速度50mL/secにて加え、回転速度500rpmにて10分間攪拌して錫イオンを還元した。この還元により析出した錫がニッケル粉末を被覆する金属粉末が分散する第2分散液を得た。この分散液を60分間静置して生成した金属粉末を沈降させた後、上澄み液を捨て、ここに水100mLを加えて回転速度300rpmにて10分間攪拌する操作を4回繰返し、洗浄を行った。その後、エチレングリコール100mLを加えて分散させ、回転速度300rpmにて攪拌しながら120℃で30分、窒素雰囲気中で加熱を行った。最後にこれを真空乾燥機にて乾燥することにより、Ni元素核と、このNi元素核の外周に金属間化合物(Ni3Sn、Ni3Sn2)とを有する中心核及びSnを被覆層とする金属粉末を得た。
<Example 1>
First, a first dispersion was prepared by dispersing 0.10 g of nickel powder having an average particle size of 1.1 μm in 50 mL of water. To this dispersion, 2.56 × 10 −2 mol of tin (II) chloride was added and stirred for 5 minutes at a rotational speed of 300 rpm using a stirrer to prepare a mixed solution. After adjusting the pH of this mixed solution to 0.5 with hydrochloric acid, 0.5 g of polyvinyl alcohol 500 (polyvinyl alcohol having an average molecular weight of 500) was added as a dispersant, and the mixture was further stirred at a rotation speed of 300 rpm for 10 minutes. Next, 50 mL of a 1.58 mol / L divalent chromium ion aqueous solution whose pH was adjusted to 0.5 was added to this mixed solution at an addition rate of 50 mL / sec. Reduced. A second dispersion was obtained in which the metal powder covering the nickel powder was dispersed by tin deposited by this reduction. The dispersion was allowed to stand for 60 minutes to settle the metal powder, and then the supernatant was discarded, 100 mL of water was added thereto, and the mixture was stirred for 10 minutes at a rotational speed of 300 rpm, and washed four times. It was. Thereafter, 100 mL of ethylene glycol was added and dispersed, and heating was performed in a nitrogen atmosphere at 120 ° C. for 30 minutes while stirring at a rotation speed of 300 rpm. Finally, this is dried by a vacuum dryer, whereby the Ni nucleus and the central nucleus having an intermetallic compound (Ni 3 Sn, Ni 3 Sn 2 ) on the outer periphery of the Ni element nucleus and Sn are coated with the coating layer. A metal powder was obtained.
<実施例2〜35、比較例1〜18>
以下の表1〜表3に示すように、平均粒径が異なるニッケル粉末を用いるか、又はニッケル粉末の添加量を調整することにより、ハンダ粉末100質量%中に含まれるニッケルの割合を変更したこと、ハンダ粉末の平均粒径を所定の粒径に制御したこと以外は、実施例1と同様にしてハンダ粉末を得た。
<Examples 2-35 and Comparative Examples 1-18>
As shown in Tables 1 to 3 below, nickel powders having different average particle diameters were used, or the amount of nickel contained in 100% by mass of solder powder was changed by adjusting the amount of nickel powder added. In addition, a solder powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the average particle size of the solder powder was controlled to a predetermined particle size.
<比較試験及び評価>
実施例1〜35及び比較例1〜18で得られたハンダ粉末について、次に述べる方法により、粉末を構成する金属粒子の構造、粉末の平均粒径、組成の分析又は測定を行った。これらの結果を以下の表1〜表3に示す。また、これらのハンダ粉末を用いてハンダ用ペーストをそれぞれ調製し、リフロー時の最大保持温度を変えたときの接合強度を評価した。これらの結果を以下の表4〜表11に示す。
<Comparison test and evaluation>
With respect to the solder powders obtained in Examples 1 to 35 and Comparative Examples 1 to 18, the structure of the metal particles constituting the powder, the average particle diameter of the powder, and the composition were analyzed or measured by the method described below. These results are shown in Tables 1 to 3 below. In addition, solder pastes were prepared using these solder powders, and the bonding strength when the maximum holding temperature during reflow was changed was evaluated. These results are shown in Tables 4 to 11 below.
(1) ハンダ粉末の構造分析:粉末X線回折装置(リガク社製:RINT Ultima+/PC)にて構造分析を行った。 (1) Structural analysis of solder powder: Structural analysis was performed with a powder X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation: RINT Ultimate + / PC).
(2) ハンダ粉末の平均粒径: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)にて粒径分布を測定し、その体積累積中位径(Median径、D50)をハンダ粉末の平均粒径とした。 (2) Average particle size of solder powder: The particle size distribution was measured with a particle size distribution measuring device (Horiba Seisakusho, laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device LA-950) using a laser diffraction scattering method, The volume cumulative median diameter (Median diameter, D 50 ) was defined as the average particle diameter of the solder powder.
(3) ハンダ粉末の組成: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。 (3) Composition of solder powder: The metal element content was measured by inductively coupled plasma emission spectroscopic analysis (ICP emission analyzer: ICPS-7510 manufactured by Shimadzu Corporation).
(4) 接合強度:溶剤として50質量%のジエチレングリコールモノヘキシルエーテルと、ロジンとして46質量%の重合ロジン(軟化点95℃)と、活性剤としてシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩1.0質量%と、チキソ剤として硬化ひまし油3.0質量%とを混合してフラックスを調製した。次に、このフラックスと、実施例1〜35及び比較例1〜18で得られたハンダ粉末とを、フラックスを88質量%、ハンダ粉末を12質量%の割合で混合してハンダ用ペーストをそれぞれ調製した。 (4) Bonding strength: 50% by mass of diethylene glycol monohexyl ether as a solvent, 46% by mass of polymerized rosin (softening point 95 ° C.) as rosin, and 1.0% by mass of cyclohexylamine hydrobromide as an activator A flux was prepared by mixing 3.0% by mass of hardened castor oil as a thixotropic agent. Next, this flux and the solder powder obtained in Examples 1 to 35 and Comparative Examples 1 to 18 are mixed in a proportion of 88% by mass of flux and 12% by mass of solder powder, respectively. Prepared.
上記調製したペーストをピン転写法にて先端部の直径100μmのピンを用いて0.5mm厚のコバール(Fe−Ni−Co系合金)基板の所定位置に転写した。なお、コバール基板上にはNiメッキ、更にその上にAuフラッシュメッキを行った。続いて、転写されたペースト上に0.9mm□のLEDチップを搭載した。更に、加圧用治具を用いて、LEDチップ及び基板とを1.0MPaの圧力で加圧しながら、リフロー炉(SIKAMA社製 Falcon8500)にて窒素雰囲気中、0.5時間、所定の最大保持温度でリフローし、LEDチップとコバール基板とを接合させることにより、接合サンプルを得た。なお、上記リフロー時の最大保持温度を250℃、300℃、350℃の異なる温度に設定し、実施例又は比較例ごとにそれぞれ3つずつ接合サンプルを得た。 The prepared paste was transferred to a predetermined position on a 0.5 mm thick Kovar (Fe—Ni—Co alloy) substrate using a pin having a diameter of 100 μm by a pin transfer method. The Kovar substrate was Ni-plated, and further Au flash-plated. Subsequently, a 0.9 mm □ LED chip was mounted on the transferred paste. Furthermore, while pressing the LED chip and the substrate at a pressure of 1.0 MPa using a pressurizing jig, a predetermined maximum holding temperature for 0.5 hours in a nitrogen atmosphere in a reflow furnace (SIKAMA Falcon 8500) The sample was obtained by reflowing and bonding the LED chip and the Kovar substrate. In addition, the maximum holding temperature at the time of the reflow was set to different temperatures of 250 ° C., 300 ° C., and 350 ° C., and three bonded samples were obtained for each of the examples or comparative examples.
上記接合したコバール基板及びLEDチップとの接合強度について、JIS Z 3198−7に記されている鉛フリーハンダ試験方法−第7部の「チップ部品におけるハンダ接合のシェア強度測定方法」に準拠して、室温及び300℃で0時間及び500時間保持後の接合シェア強度をそれぞれ測定し、室温におけるシェア強度を100としたときの300℃で0時間及び500時間保持後の相対的シェア強度を求めた。表中、「優」は、相対的シェア強度が90以上であった場合を示し、「良」は、90未満から80以上であった場合を示し、「可」は、80未満から70以上であった場合を示し、「不可」は、70未満であった場合を示す。 Regarding the bonding strength between the above-mentioned Kovar substrate and the LED chip, in accordance with “Lead-free solder test method described in JIS Z 3198-7—Part 7:“ Measurement method of shear strength of solder joint in chip parts ” The joint shear strength after holding at room temperature and 300 ° C. for 0 hour and 500 hours was measured, and the relative shear strength after holding at 300 ° C. for 0 hour and 500 hours when the shear strength at room temperature was taken as 100 was determined. . In the table, “excellent” indicates a case where the relative share strength is 90 or more, “good” indicates a case where it is less than 90 to 80 or more, and “good” indicates less than 80 to 70 or more. “Not possible” indicates a case of less than 70.
表4〜表11から実施例1〜35と比較例1〜18とを比較すると次のことが分かった。 From Tables 4 to 11, Examples 1-35 and Comparative Examples 1-18 were compared, and the following was found.
(1) ニッケルの含有割合
ニッケルの含有割合が3.0質量%である比較例1及び比較例3では、凝固開始温度が低くなったためにハンダが再溶融し、300℃での500時間保持後の相対的シェア強度が55〜68と低くなったことから、500時間保持後の接合強度の評価判定が全て「不可」となった。一方、ニッケルの含有割合が65質量%を超える比較例2及び比較例4では、凝固開始温度が高くなりすぎたためにリフロー時にハンダ粉末が溶融せず、十分な接合が得られなかったことから、接合シェア強度が測定できず、500時間保持後の接合強度の評価判定が全て「不可」となった。これに対して、ニッケルの含有割合が3.0質量%を超え65質量%以下の実施例1〜35では、相対的シェア強度が向上し、高温雰囲気における接合強度についての評価の0時間及び500時間保持後の判定が全て「可」、「良」又は「優」と良好な結果が得られた。特にニッケルの含有割合が3.2質量%の実施例1、8、15、22及び29では、高温雰囲気における接合強度についての評価の0時間及び500時間保持後の判定が全て「可」であったのに対して、ニッケルの含有割合が5.0〜65.0質量%の範囲の実施例2〜7、実施例9〜14、実施例16〜21、実施例23〜28、実施例30〜35では、上記判定が全て「可」、「良」又は「優」と良好な結果が得られた。
(1) Nickel content ratio In Comparative Example 1 and Comparative Example 3 where the nickel content ratio is 3.0 mass%, the solder remelts because the solidification start temperature is low, and after holding at 300 ° C for 500 hours Since the relative shear strength of the sheet became low as 55 to 68, all the joint strength evaluation judgments after holding for 500 hours were “impossible”. On the other hand, in Comparative Example 2 and Comparative Example 4 in which the content ratio of nickel exceeds 65% by mass, since the solidification start temperature is too high, the solder powder does not melt at the time of reflow, and sufficient bonding cannot be obtained. The joint shear strength could not be measured, and all of the joint strength evaluation judgments after holding for 500 hours were “impossible”. On the other hand, in Examples 1 to 35 in which the nickel content ratio exceeds 3.0 mass% and is 65 mass% or less, the relative shear strength is improved, and the evaluation for the bonding strength in a high-temperature atmosphere is 0 hour and 500 All the determinations after holding time were “OK”, “Good” or “Excellent”, and good results were obtained. In particular, in Examples 1, 8, 15, 22, and 29 where the nickel content was 3.2% by mass, all the judgments after holding for 0 hour and 500 hours in the evaluation of the bonding strength in the high temperature atmosphere were “possible”. In contrast, Examples 2-7, Examples 9-14, Examples 16-21, Examples 23-28, and Example 30 in which the nickel content is in the range of 5.0 to 65.0% by mass. In 35, the above determinations were all “good”, “good”, or “excellent”, and good results were obtained.
(2) ハンダ粉末の平均粒径
ハンダ粉末の平均粒径が0.6〜0.7μmの比較例5〜11では、ハンダ粉末の比表面積が大きくなり、粉末に占める表面の酸化膜の比率が増大し、これによりハンダが溶融しなかったことから、初期(0時間、300℃)の接合が不良であり、接合強度を判定できなかった。またハンダ粉末の平均粒径が31.9〜40.0μmの比較例12〜18では、300℃での500時間保持後の相対的シェア強度が52〜65と低くなったことから、500時間保持後の接合強度の評価判定が全て「不可」となった。これに対して、ハンダ粉末の平均粒径が1〜30μmの実施例1〜35では、相対的シェア強度が向上し、高温雰囲気における接合強度についての評価の0時間及び500時間保持後の判定が全て「可」、「良」又は「優」と良好な結果が得られた。
(2) Average particle size of solder powder In Comparative Examples 5 to 11 in which the average particle size of the solder powder is 0.6 to 0.7 μm, the specific surface area of the solder powder is increased, and the ratio of the oxide film on the surface to the powder is Since the solder was not melted due to this, the initial (0 hour, 300 ° C.) bonding was poor and the bonding strength could not be determined. Further, in Comparative Examples 12 to 18 in which the average particle size of the solder powder was 31.9 to 40.0 μm, the relative shear strength after holding at 300 ° C. for 500 hours was as low as 52 to 65, so that the holding time was 500 hours. All the subsequent evaluations of the bonding strength were “impossible”. On the other hand, in Examples 1 to 35 in which the average particle size of the solder powder is 1 to 30 μm, the relative shear strength is improved, and the evaluation after holding for 0 hours and 500 hours for the evaluation of the bonding strength in a high temperature atmosphere is performed. All were “good”, “good” or “excellent” and good results were obtained.
本発明は、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。 The present invention can be suitably used for mounting electronic components that are exposed to a high-temperature atmosphere.
10 ハンダ粉末
11 中心核
12 被覆層
10 Solder powder 11 Central core 12 Coating layer
Claims (4)
前記ハンダ粉末の平均粒径が1〜30μmであり、
前記ハンダ粉末の全体量100質量%に対し、ニッケルの含有割合が3.0質量%を超え65質量%以下である
ことを特徴とするハンダ粉末。 In a solder powder comprising a central core and a coating layer covering the central core, wherein the central core is composed of nickel and an intermetallic compound of nickel and tin, and the coating layer is composed of tin,
The average particle diameter of the solder powder is 1 to 30 μm,
Solder powder characterized in that the nickel content is more than 3.0% by mass and 65% by mass or less with respect to 100% by mass of the total amount of the solder powder.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015054303A JP6428409B2 (en) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | Solder powder and solder paste using this powder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015054303A JP6428409B2 (en) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | Solder powder and solder paste using this powder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016172914A JP2016172914A (en) | 2016-09-29 |
JP6428409B2 true JP6428409B2 (en) | 2018-11-28 |
Family
ID=57009521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015054303A Expired - Fee Related JP6428409B2 (en) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | Solder powder and solder paste using this powder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6428409B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018153834A (en) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社ニーケプロダクツ | Method of performing torch soldering of aluminum members with each other, or of aluminum member with copper member |
DE102021110298A1 (en) | 2021-04-22 | 2022-10-27 | Infineon Technologies Ag | LEAD-FREE SOLDER, LAYER STRUCTURE, METHOD OF MAKING A SOLDER, AND METHOD OF MAKING A LAYER STRUCTURE |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5750913B2 (en) * | 2011-01-31 | 2015-07-22 | 三菱マテリアル株式会社 | Solder powder and solder paste using this powder |
JP5895344B2 (en) * | 2011-01-31 | 2016-03-30 | 三菱マテリアル株式会社 | Method for producing solder powder and method for producing solder paste using solder powder produced by this method |
WO2015040714A1 (en) * | 2013-09-19 | 2015-03-26 | 千住金属工業株式会社 | Ni BALL, Ni NUCLEAR BALL, SOLDER JOINT, FOAM SOLDER AND SOLDER PASTE |
-
2015
- 2015-03-18 JP JP2015054303A patent/JP6428409B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016172914A (en) | 2016-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6079374B2 (en) | Solder powder manufacturing method and solder paste using the powder | |
JP6079375B2 (en) | Solder powder, method for producing the same, and solder paste using the powder | |
JP6428407B2 (en) | Method for producing solder powder and method for producing solder paste using the powder | |
JP6587099B2 (en) | Solder powder, method for producing the same, and method for preparing solder paste using the powder | |
WO2011027659A1 (en) | Soldering paste, bonding method using same, and bonding structure | |
WO2012066795A1 (en) | Electroconductive material, method of connection with same, and connected structure | |
JP6428408B2 (en) | Method for producing solder powder and method for producing solder paste using the powder | |
JP6607006B2 (en) | Solder powder and method for preparing solder paste using the powder | |
JP6428409B2 (en) | Solder powder and solder paste using this powder | |
JP6720515B2 (en) | Au-Sn solder powder and solder paste containing this powder | |
JP6645317B2 (en) | Joining powder, method for producing this powder, and method for producing paste for joining using this powder | |
JP6645318B2 (en) | Joining powder, method for producing this powder, and method for producing paste for joining using this powder | |
JP4662483B2 (en) | Conductive filler and medium temperature solder material | |
JP6507970B2 (en) | Au-based solder powder and solder paste containing this powder | |
JP2018135553A (en) | Joining powder and production method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170929 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180711 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180724 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180913 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181002 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181015 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6428409 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |