JPH02217193A - インジウム系粉末状ハンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プリント回路板の回路形成などのために用
いられるインジウム系粉末状ハンダに関する。

〔従来の技術〕

ハンダは、金属材料や電子部品などのろう接材材として
古くから使用されている。ハンダには、棒状もしくは糸
状等に形成された固形ハンダのほかに、粉末状のハンダ
がある。固形ハンダには、たとえば、インジウム（Ｉｎ
　）の入ったインジウム系ハンダがあり、これは、半導
体素子と導体の微小な接続を行うマイクロソルダリング
に用いられている。固形ハンダは、溶かしながら被ハン
ダ物に載せてゆくか、これを溶融しておいてその中に被
ハンダ物をディッピングしてゆくかするようにして使用
される。他方、粉末状ハンダは、フラックス等を含む粘
度の高いビヒクルと混練することにより、ペースト状に
して用いられる。ペースト状ハンダの代表的使用例は、
チップマウント方式実装基板におけるチップ部品のハン
ダ付り法であり、これは、スクリーン印刷法によってハ
ンダペーストをＩＣ基板等の回路パターンの必要部分に
塗布し、チップ部品を装着したのち、リフローによりチ
ップ部品を回路パターンにハンダ溶着する方法である。

このように、従来は、粉末状ハンダにしろ、固形ハンダ
にしろ、−旦熔融することで、目的の溶着強度や導電性
を確保するようにしていたのである。

従来のインジウム系ハンダは、一般には、インジウム（
Ｉｎ　）が低融点（１５６℃）である性質を利用し、Ｓ
ｎ、Ｐｂ、Ａｇなどの１種以」−を含む通常のハンダ合
金組成にＩｎを含有させて、ハンダの溶融点を低下させ
るとともに、併せて、加熱によって金属表面に酸化膜が
形成されないようにするものである。なお、インジウム
が良好なぬれ性を有することを利用して、ガラス等への
ぬれ性を向上させるようにする使用例も、一部にはある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のごとく、従来のハンダは、使用に際して、２００
〜４００°Ｃに一旦加熱し、溶融しなければならないと
いう煩わしさがある。電子部品の実装の面から見れば、
これは、実装部品に熱影響を不可避的に与えると言う問
題をもたらす。インジウムの添加により低温溶融が可能
になったと言っても、上述のような高温度では、依然と
して、母材表面に、ハンダのぬれ性を低下させる酸化膜
を形成させて、ハンダの歩留を悪くさせる懸念を残す。

そごで、この発明は、上記問題に鑑めで、加熱熔融する
ことなく、粉末状のまま使用でき、常温圧下で拡散可能
なインジウム系粉末状ハンダを提供することを課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、この発明にかかるインジウム
系粉末状ハンダは、全体組成の９５−ｔ％以上の成分が
インジウムと錫および／または鉛からなり、これら３成
分相互の配合割合を、インジウム１５〜８５−ｔ％、錫
および／または鉛１５〜８５吋％とすることにより、粉
末状であって常温圧下による拡散を可能としている。

この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダは、全体組
成の９５ｗｔ％以上（１００ｗｔ％を含む）が、上記３
者相互の配合割合において、インジウム、錫および／ま
たは鉛からなるものでなければならない。上記３者以外
の成分を５ｗｔ％を越えて含むようであると、常温圧下
による拡散が起きないからである。したがって、この発
明にかかるインジウム系粉末状ハンダは、０．５〜５ｗ
ｔ％の範囲内で銀を含むことができる。銀の添加は、粉
末化を容易にする。さらに、電気導通性を高めることに
も寄与する。なお、ビスマスやアンチモンを０５〜５ｗ
ｔ％含むこともある。

上に見たように、この発明にかかるインジウム系粉末ハ
ンダは、３成分相互の配合割合において、インジウムが
１５〜８５ｗｔ％を占めることが必要である。インジウ
ムが１５ｗｔ％を下回ると、常温圧下により拡散させる
ことが出来ず、インジウムが８５ｉｙｔ％を上回ると、
粉末化ができないからである。

上記３成分相互の配合割合において、錫の配合割合は３
５ｗｔ％以上であることが好ましく、鉛の配合割合は５
０ｉｖｔ％以上であることが好ましい。

後に例示する非酸化雰囲気粉末化法（真空粉末化法）に
よって得られるインジウム系粉末状ハンダは、表面が酸
化されていないため、極めて活性に富み、好ましく用い
られるが、このようなものは、インジウムの配合割合が
多くなると、圧下しなくても拡散が起きて、粉末の凝固
が起き易くなるからである。

錫と鉛は、上記配合割合の範囲内で少なくとも一方が配
合されておれば良いが、両者が併せて配合されるときで
も、上記配合割合を満たすようになっている必要がある
。両者が併用されるときに、その原材料として５ｎ−Ｐ
ｂ共晶合金の形で配合されても良い。共晶合金における
両者の重量比率は、はぼ錫６３：鉛３７である。

粉末化は、従来の粉末状ハンダと同様に行うことができ
る。したがって、アトマイズ法等の公知の種々の粉末化
法を用いることができる。また、粒径の大きな粉末を得
る場合には、溶融金属を高所から落下させて数段に設け
たメツシュの中を通ずことにより、粉末に成形すること
も出来る。しかし、これらの方法では、粉末粒子の表面
に薄い酸化膜が出来て、表面活性が低下する可能性があ
るので、表面活性が高いことを望む場合には、表面酸化
膜の生じにくい非酸化雰囲気粉末化法（真空粉末化法）
を採用するのが良い。真空粉末化法とは、たとえば、第
り図にみるような方法である。すなわち、溶解炉１内で
ハンダ合金を溶融し、熔融したハンダ合金をノズル２を
通して真空タンク３内の高速回転盤４に滴下するのであ
る。′／′ｇ融ハンダ合金は、高速回転盤４の遠心力で
真空タンク３の内壁面に向かって飛散し凝固して、粉末
状となる。得られた粉末状ハンダ５は、コーン状になっ
たタンク３の底から取り出される。図中、６はバルブ７
を備えた取出口である。タンク３内を真空にするのは、
ハンダ合金の酸化を防止するためである。この場合、必
要に応じ、真空にしたのち、Ａｒガス等でタンク内を置
換することも行われる。ハンダ合金の粒度は、用途に応
じて適宜に設定されるが、平均粒径５００μｍ以下とす
るのが一般的であり、用途によっては、数１程度のもの
でも良い。

後述のように、常温下での圧下で粉末粒子個々を拡散接
合するためには、展延性に冨み、がっ、酸化膜の影響を
あまり受けずに拡散して、粉末粒子が互いに接合する金
属が必要である。拡散現象は、熱と圧力と時間のファク
ターで起こり、はとんどの金属においてその現象をみる
ことができるが、常温下で若干の圧力を加えることで拡
散が起きる金属は、金やインジウムのようにごく少数で
ある。この発明では、よりコストを下げるため、比較的
安価なインジウムを採用している。

〔作　　　用〕

通常のハンダ合金組成に、インジウムを１５〜８５ｗｔ
％含有させると、粉末化が容易である上に、得られた粉
末状ハンダが、常温下での加圧により拡散を起こして、
粉末粒子が互いに接合するとともに導通性を持つように
なるのである。

この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダは、粉末状
であるが、ペースト状にしなくても、従来のペースト状
ハンダと同様にプリント回路基板の回路パターン形成等
に使用でき、この場合、加熱を必要とせず、ロール等で
加圧することで、粉末粒子に拡散を起こさせ、互いに接
合させるとともに導通性を持たせることができる。具体
的に述べると、このインジウム系粉末状ハンダを、基板
上に粉末のまま電路を描くように載置した後、常温下に
おいて、基板を破壊しない程度の圧力で粉末状ハンダを
加圧し、個々の粉末粒子をつぶし引き伸ばすことで粉末
粒子同士を密着させ、拡散助長により一体化を図るので
ある。上記回路形成のほかに、通常のろう接用途に用い
ることもできることは言うまでもない。

この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダの用途は、
上記のものに限定されない。たとえば、面発熱体、室内
アンテナ、電磁シールドや静電防止材等にも使用できる
。使用温度は、常温に限定されることもない。

〔実　施　例〕

以下に、この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダを
、参考例、実施例および比較例を参照しつつ、詳細に説
明する。

以下では、まず、インジウムの含有量が粉末化に与える
影響を見た。

参考例１〜８ Ｉｎ−３ｎ系において、インジウムの配合量を変えなが
ら、参考例１〜８のインジウム系ハンダを装造して、粉
末化が出来るか否かを見た。各側において、インジう人
以外の金属は、銀２ｗｔ％、残部が錫である。粉末化は
、第１図の装置を用いて行った。得られた各ハンダの粒
度は９５μｍアンダーであった。

粉末化を行った結果を第１−１表に示す。

参考例９〜１５ Ｉｎ−Ｐｂ系において、インジウムの配合量を変えなが
ら、参考例９〜１５のインジウム系ハンダを製造して、
粉末化が出来るか否かを見た。各別において、インジウ
ム以外の金属は、銀２ｗｔ％、残部が鉛である。粉末化
は、第１図の装置を用いて行った。得られた各ハンダの
粒度は９０μｍアンダーであった。

粉末化を行った結果を第１−２表に示す。

第１表の結果より、粉末粒子の表面が酸化されていない
インジウム系合金において、Ｉｎ−３ｎ系合金では、イ
ンジウムの配合割合を７０ｗｔ％以上にすると粉末化が
不可能であり、Ｉｎ−Ｐｂ系合金では、インジウムの配
合割合を５５ｗｔ％以上にすると粉末化が不可能である
ことが分かる。

実施例１〜９、比較例１〜８ つぎに、インジウム量と拡散性について見た、実施例１
〜９と比較例１〜８を説明する。

エポキシ系樹脂基板上にアルミ薄板（厚さ０゜０７ｍｍ
）を張りつけ、縦３５×横２＋ｕの長方形の溝を切り抜
き、その中へエポキシ樹脂系接着剤（セメダイン■製の
２液常温硬化型セメダインハイクイツクＣ）を塗り込み
、その後、第２表記載のハンダ合金組成を持つ実施例１
〜９．比較例１〜８の各粉末状ハンダをふりかけ、接着
剤の硬化完了後アルミ薄板を剥ぎ取り、基板上に縦３５
×横２鶴の長方形のハンダ粉末帯を形成した。この場合
、実施例１．５のハンダの粉末化はアトマイズ法で行い
、その他のハンダの粉末化は第１図の装置４ 置を用いて行った。

そのままでは、どの粉末についても導通が認められなか
ったため、第２図にみるように、試料（基板）１１に対
し平ロールおよび網目ロール１２によって若干の圧力（
ロール軸両端での（Ｉ：１重１０ｋｇ、合計２０ｋｇ）
を加え、試料（基板）１１を圧下した。図中、１３は圧
下前のハンダを示し、１４は圧下されたハンダを示す。

この加圧後の通電性を簡易テスターによって測定した。

圧力、通電性についての測定結果を第２表に示す。

第２表の結果より、インジウムを１５〜８５ｗＬ％の範
囲内で含む、この発明のインジウム系粉末状ハンダは、
良好な導通性を示したが、インジウムを上記範囲外で含
む比較例１．２や、インジウムに錫・鉛層外の成分（亜
鉛）を配合した比較例３や、インジウムを全く含まない
比較例４〜８は、導通性が乏しいか全く無く、常温圧下
による拡散の起きていないことが分かる。

参考のために、この発明にかかるインジウム系粉末状ハ
ンダが、実際の使用に際してどのように経時的な変化を
したかを見た。

実施例１０〜１３ インジウムを３５〜５０ｗｔ％含む、粒度９５μアンダ
ーの実施例１０〜１３にかかるインジウム系粉末状ハン
ダを三井東圧化学＠製の常温硬化型接着剤を用いて基板
上に張りつけた後、ロールで加圧し、第３図にみるよう
な回路を備えた基板を得た。そして、Ａ−８間の抵抗を
、製造直後、１８日後、２５日後に簡易テスターで測定
した。測定結果を、ハンダ合金組成、回路厚さなどとと
もに第３表に示す。

■ 第３表にみるように、実施例のインジウム系粉末状ハン
ダは、いずれも、経時的な抵抗変化が小さく、回路とし
て好適に用いることができる。

〔発明の効果〕

この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダは、上述の
ように構成されているため、加熱熔融することなく、常
温下で使用することができ、そのように用いても導電性
に問題がない。

特に、この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダは、
粉末状であるので、つぎのよう効果を有する。ずなわち
、使用する場合の形状を太細、直曲等自由自在に展開で
きる。凹凸部や穴等であっても配置できる。空気輸送等
による輸送が容易である。表面積が多くなるため、表面
活性が増し、他物体との濡れ性が良く、粉末粒子が凝集
（密着）し易い。供給用等のホッパ内では、ブリッジを
作り難い。リフローして使用する場合に、低温で溶解で
きる。粒子形状を球状とした場合、粉末粒子細々は、ど
のように置かれても同じ形をとるから、置き姿勢が安定
し、かつ、外力によって均一に潰れ易く、拡散効果が向
」−する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粉末状ハンダの製造装置を示す簡略断面図、
第２図は、この発明にかかるインジウム系粉末状ハンダ
の使用例を示す側面図、第３図は、この発明の実施例に
かかるハンダを用いて形成された回路バクーンを示す平
面図である。 １１・・・基板　１２・・・ロール　１３・・・圧下前
のハンダ　１４・・・圧下後のハンダ 代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　全体組成の９５ｗｔ％以上の成分がインジウムと錫
   および／または鉛からなり、これら３成分相互の配合割
   合を、インジウム１５〜８５ｗｔ％、錫および／または
   鉛１５〜８５ｗｔ％とすることにより、粉末状であって
   常温圧下による拡散を可能とするインジウム系粉末状ハ
   ンダ。 ２　錫の配合割合が３５ｗｔ％以上である請求項１記載
   のインジウム系粉末状ハンダ。 ３　鉛の配合割合が５０ｗｔ％以上である請求項１また
   は２記載のインジウム系粉末状ハンダ。 ４　銀を０．５〜５ｗｔ％含む請求項１から３までのい
   ずれかに記載のインジウム系粉末状ハンダ。