JP2001525488A - 半田付け可能なアルミニウム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】本発明は、基板になるようフォーミング加工可能なアルミニウム合金を有する、半田付け可能なアルミニウム合金に関する。このアルミニウム合金は、基板になるようフォーミング加工されるアルミニウム合金に添加される0.05〜4.5重量％の錫を有する。また、本発明は、半田付け可能なアルミニウム基板の製造方法に関する。この製造方法は、アルミニウム粗金に添加された0.05〜4.5重量％の錫を有するアルミニウム粗金を用意する工程と、次にこのアルミニウム粗金を所望の厚さの基板になるようロール加工する工程と、最後にロール加工された粗金を基板の最終形状になるようフォーミング加工する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、標準的な半田及び半田槽を使用して半田付け可能なアルミニウム合
金、及びその合金の製造方法に関する。

【０００２】 代表的な半田槽は、液相の錫と、ある割合で錫に添加された鉛とからなる。ま
た、半田特性を改良又は変更するために、半田に種々の他成分が添加される。半
田は槽内で溶融しているのが代表的であり、部品は、次に固化する液相の半田で
その部品を覆うように槽内に浸漬される。この半田組成は、黄銅等の銅及び銅合
金から製造される部品に対して非常によく機能する。しかし、アルミニウム製部
品の外面にアルミニウム酸化物層が形成されるため、半田槽はアルミニウム製部
品に対してよく機能しない。強力なアルミニウム酸化物の外層が形成されている
ので、少量の鉛を含む溶融した錫は、アルミニウム表面に良好な結合部を形成し
ない。

【０００３】 アルミニウムを半田付けする方法を見出す試みがなされてきた。アルミニウム
製部品を半田付け可能にするために、半田がアルミニウム表面に良好な結合部を
形成できるよう半田の成分を変更する試みが、代表的な方法である。米国特許第
５，１４７，４７１号明細書は、酸化物の表面層を形成する金属及び金属合金の
酸化物層上に使用可能な半田を開示する。その組成は、錫、亜鉛、濡れ剤として
のゲルマニウム、好適には少量の銅及びアンチモニー、及びの炭化ケイ素の砂(g
rit)を含む。ゲルマニウムが酸化物層の下に貫通して良好な金属対金属結合部を
形成すると、砂は金属表面に形成された酸化物層を削る。ゲルマニウムは10重量
％だけ半田に含まれるので、十分な濡れ作用を果すが、半田組成を約300℃以上 の溶融温度にできない。最初に半田が金属表面に対して擦ることより、部品に半
田が塗布され、半田が溶融し始めてゲルマニウムが酸化物層を貫通するまで表面
を加熱しながら、砂及び半田が表面を削り、次に半田によって緩くなった全ての
酸化物層を研いて脇に寄せる。

【０００４】 電気コンタクト等の電気コネクタ、回路基板又は他の絶縁物の上のトレース、
シェル、接地板、又は他の金属用途で、アルミニウムを使用することは有利であ
る。銅又は銅合金は、その電気的及び機械的特性のため、これらの用途で使用さ
れるのが代表例である。また、銅又は銅合金は、容易に半田付けされ、又はめっ
き可能であって半田付け可能な基板を形成する。アルミニウムは銅より高い導電
性を有するので、状況によってより良好な性能を示す。また、アルミニウムは重
量が軽いので、状況によって有利な場合がある。電気コネクタに加え、容易に半
田付けされるアルミニウムの形態を有することが有利である他の領域がある。

【０００５】 従って、必要とされるのは、錫からなる標準的な半田槽を使用して直接半田付
け可能であって、容易に部品にフォーミング加工することができるアルミニウム
の一形態である。

【０００６】 本発明は、基板になるようフォーミング加工可能なアルミニウム合金を有する
半田付け可能なアルミニウム合金に関する。アルミニウム合金は、基板にフォー
ミング加工されるように、0.05〜4.5重量％の錫が添加されたアルミニウム合金 を有する。アルミニウム材料の濡れ特性を改良するために、他の元素を付加して
もよい。

【０００７】 本発明は、更に、半田付け可能なアルミニウム基板を製造する方法に関する。
この製造方法は、0.05〜4.5重量％の錫が添加されたアルミニウム粗金(slug)を 用意する工程と、次に、そのアルミニウム粗金を所望の厚さの基板になるようロ
ール加工する工程と、最後に、ロール加工された粗金を基板の最終形状になるよ
うフォーミング加工する工程とからなる。

【０００８】 本発明は、種々の異なる形状に容易にフォーミング加工可能なアルミニウム合
金に関する。アルミニウム合金は、フォーミング加工された部品の表面張力を改
良するため、及び濡れ特性を改良するために、錫を含む標準的なアルミニウム合
金である。

【０００９】 錫及びアルミニウムは、室温では一般的に互いに混和可能ではない。きわめて
少量の錫のみが、室温でアルミニウムに溶融できる。錫は、高温でアルミニウム
に完全に混和可能である。しかし、この混合物が冷却され固化されると、錫は、
アルミニウムから分離してアルミニウム内に錫のビーズ又は小粒を形成する。材
料が十分に急速に冷却されるなら、アルミニウムから分離する錫の量はより少な
い。この工程は、材料の表面を急速に冷却し、材料の表面に沿ってアルミニウム
内に溶融した錫をより多くするためには特に有用である。アルミニウム内に溶融
する錫が多いほど、表面が標準的な半田組成物及び半田槽と濡れ易くなると考え
られている。アルミニウムが徐々に冷却される場合であっても、きわめて少量の
錫がアルミニウム内に残るので、アルミニウムにより良好な半田付け性を提供す
る。しかし、このアルミニウムの量は、表面に良好な半田付け性を与えるには十
分でない。

【００１０】 アルミニウム合金は、溶融したアルミニウム内に適当な量の錫を溶融させ、ア
ルミニウムのインゴットを鋳造することにより形成されるのが代表例である。次
に、アルミニウムインゴットは、続いてアルミニウムを部品又はデバイスにフォ
ーミング加工するために必要な所望の厚さにロール加工される。

【００１１】 インゴットが所望の厚さにロール加工されると、錫のビーズ(beads)又は小粒 は、ロール加工された基板の表面に沿って露出する。更に、ロール加工の間、こ
れらビーズの多くは分離し、錫が、ロール加工された基板の表面にわたって広が
り又は塗り付けられる。また、アルミニウム酸化物層は、ロール加工の際に少な
くとも部分的に破壊されるので、塗り付けられた錫及びアルミニウム間に金属対
金属結合が形成される。錫は半田により濡れるので、塗り付けられた錫のビーズ
は、濡れることができるロール加工された基板上により大きな表面領域を与える
。

【００１２】 次に、ロール加工された基板は、標準的なフォーミング加工技法を用いて所望
の基板にフォーミング加工される。この所望の基板は、電気コネクタ用の電気コ
ンタクト又はシェルになり得る。また、この基板は、アルミニウムからフォーミ
ング加工可能な他の基板にもなり得る。

【００１３】 所望の基板は、フォーミング加工後、ロール加工された基板と同様の表面特性
を有する、即ち、表面に沿って錫のビーズを有し、少なくともそのいくつかは所
望の基板の表面に沿って破壊され広げられる。基板が半田付けされると、基板表
面に沿って広げられた錫は、半田付け用の濡れ得る表面を形成して基板に接着す
る。

【００１４】 材料表面に沿って形成された錫のビーズは、部分的に、又は大部分が材料自体
の中に埋められる。ビーズの小部分のみが材料の表面に露出する。材料がロール
加工されると、材料の表面に露出するビーズのその部分のみが、ロール加工され
た基板の表面に広げられる。錫のビーズの大部分は、基板自体の中に包まれるこ
とが多い。

【００１５】 ロール加工された基板が所望の基板にフォーミング加工されると、この所望の
基板は、表面に広がった錫を有するばかりでなく、基板の材料内に包まれると共
に表面に沿って部分的に露出した複数のビーズを有する。

【００１６】 所望の基板が半田付けされると、熱い半田は、基板の表面にわたって移動し、
基板の表面にわたって広がった錫と機械的及び電気的な結合部を形成する。半田
及び錫間の結合部は、強力な錫対錫の金属相互作用のため、強力である。更に、
半田は、材料自体の中に依然として少なくとも部分的に包まれる錫ビーズと強力
な機械的及び電気的結合を形成する。基板及び錫間の機械的結合は、ビーズが基
板内に包まれるため基板にしっかりと固定されるという事実により、きわめて強
力である。

【００１７】 また、錫ビーズ及びアルミニウム間の金属対金属結合により、強力な電気的結
合が存在する。冷却工程の際、錫ビーズがアルミニウムの内側に形成されるので
、キャビティ内側のアルミニウム表面は、アルミニウム酸化物の最外層を有して
いない。冷却工程は、錫ビーズが形成されるキャビティ内に酸素が入り込むのを
防止する。従って、錫ビーズ及びキャビティ間の電気的相互作用は、強力な金属
対金属結合である。半田付け工程の際、錫ビーズが溶け、溶融した半田と混合す
ることが可能である。半田が一旦冷却すると、キャビティ内の材料は、元の錫ビ
ーズ、又は半田と混合された錫ビーズのように再固化する。溶融した半田にキャ
ビティが覆われ続けるので、酸素はキャビティから排除され続け、これにより、
キャビティ内にアルミニウム酸化物の形成を防止する。従って、錫ビーズが溶融
し、溶融半田と拡散しても、良好な金属対金属の電気的結合が以前として形成さ
れる。

【００１８】 本発明での使用に適合するであろうアルミニウム合金は、シリーズになってい
る合金である。これら全ての合金は、電気コネクタ用の部品又は他の部品にフォ
ーミング加工され得る適切なフォーミング加工特性を有する。とりわけ、アルミ
ニウム合金の１０００、３０００及び５０００シリーズの合金は、本発明での使
用に適合する。これら全ての合金は、部品をフォーミング加工するのに必要なフ
ォーミング加工特性を有する。とりわけ、３００３、３００４、５０８０、５０
８２及び５７８４合金は、本発明に良好なフォーミング加工可能性を提供する。
しかし、有用な合金は、これら５種の組成に限定されない。これらのアルミニウ
ム合金は、当業界では周知であるので、ここではこれ以上説明しない。

【００１９】 上掲のアルミニウム合金は、小さな割合の錫を合金に添加してもよい。この割
合の範囲は0.05〜4.5％である。とりわけ、上掲の合金は、組成に添加されたそ れぞれ0.5、1.0、2.0、2.5％を有する。しかし、本発明はこれら特定の割合に限
定されない。

【００２０】 加えて、他の材料を合金に添加して、最適特性を与えてもよい。例えば、合金
のフォーミング加工特性を改良する材料を添加してもよい。また、アルミニウム
合金内の錫の溶融性を改良するために、又は合金の表面濡れ性を改良するために
、材料を添加してもよい。少量の銀の添加及び同様の特性を有する他の元素は、
合金の濡れ性の改良を助成する可能性がある。

【００２１】 本発明の半田付け可能なアルミニウム合金、半田付け可能なアルミニウム基板
をフォーミングする工程、及び付随する多くの利点は、以上の説明から理解され
よう。本発明の神髄又は範囲を逸脱することなく、また、本発明の重要な利点を
犠牲にすることなく、形態、構造及び構成要素の配置に種々の変更を加えてもよ
いことは明白である。

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Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板になるようフォーミング加工可能なアルミニウム合金と、 前記基板になるべき前記アルミニウム合金に添加される0.05〜4.5重量％の錫 と からなる半田付け可能なアルミニウム合金。
2. 【請求項２】 前記アルミニウム合金は、１０００、３０００及び５０００シリーズのアルミ
   ニウム合金からなるグループから選択されたことを特徴とする請求項１記載の半
   田付け可能なアルミニウム合金。
3. 【請求項３】 0.05〜4.5重量％の錫が添加されたアルミニウム粗金を用意する工程と、 前記アルミニウム粗金を所望の厚さの基板になるようロール加工する工程と、 ロール加工された前記粗金を前記基板の最終形状になるようフォーミング加工
   する工程と からなる半田付け可能なアルミニウム基板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記0.05〜4.5重量％の錫が溶融したアルミニウムに添加され、次に該アルミ ニウムを急速冷却して該アルミニウムに溶融した前記錫の少なくともいくつかを
   保つことを特徴とする請求項３記載の製造方法。
5. 【請求項５】 前記アルミニウム粗金が、１０００、３０００及び５０００シリーズのアルミ
   ニウム合金からなるグループから選択されたアルミニウム合金から形成されるこ
   とを特徴とする請求項３記載の製造方法。