JP2002030468A - 電子部品用リード線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだ付け時にリフトオフを発生せず、はん
だ濡れ性が優れ、また曲げ加工性も優れているリード線
とそれを用いた電子部品を提供する。 【解決手段】 導電性基体１の上に、単一のＳｎ−Ｂｉ
合金層２が形成されており、かつ、Ｓｎ−Ｂｉ合金層に
おけるＢｉの平均濃度が０.１〜１.０重量％であるか、
または、導電性基体１と、導電性基体の上に形成された
Ｓｎ層２Ａと、Ｓｎ層の上に形成されたＢｉ濃度１〜５
重量％のＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂとから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子部品用リード線
とそれを用いた電子部品に関し、更に詳しくは、はんだ
との濡れ性が優れ、かつリフトオフが発生しにくく、更
には曲げ加工性も優れている電子部品用リード線に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣｕまたはＣｕ合金から成る導電性基
体、またはＣｕ被覆鋼線のような導電性基体の表面をＳ
ｎまたはＳｎ合金でめっき被覆した線材は、Ｃｕまたは
Ｃｕ合金が備えている優れた導電性と機械的強度を有
し、かつ、ＳｎまたはＳｎ合金が備えている耐食性と良
好なはんだ付け性を併有する高性能導体であって、各種
の端子、コネクタ、リード線のような電気・電子機器分
野における用途、また電力ケーブルの分野などで多用さ
れている。

【０００３】ところで、上記した線材において、導電性
基体を被覆するめっき層がＳｎのみで形成されている場
合には、表面酸化に基づくはんだ付け性の劣化が起こ
り、またウイスカーが発生しやすいので短絡事故が起こ
りやすいという問題がある。そのため、めっき層をＳｎ
合金で形成して、上記問題が生じないようにすることが
広く行われている。その場合のＳｎ合金の代表例はＳｎ
−Ｐｂ合金であり、これは従来から多用されている。

【０００４】しかしながら、Ｓｎ−Ｐｂ合金中のＰｂ成
分は人体に悪影響を与える虞れがあるということから、
最近では、Ｓｎ−Ｐｂ合金は優れた性質を備えているに
もかかわらず、その使用が敬遠されている。そのため、
近年、このＳｎ−Ｐｂ合金に代わるものとして、Ｐｂフ
リーであるＳｎ−Ｂｉ合金が使用されはじめている。し
かし、このＳｎ−Ｂｉ合金のめっき層で被覆されている
リード線の場合、基体中のＣｕ成分に対するＳｎ成分の
拡散速度が大きいので、高温の熱処理を行ったときに、
基体とめっき層の界面にＳｎ−Ｃｕ層が形成される。通
常、はんだ付けでは、めっき層がはんだ浴に溶けるた
め、基体表面の活性なＣｕが露出し、そのことによって
はんだの濡れが実現する。しかしながら、Ｓｎ−Ｃｕ層
が形成されていると、基体表面には活性なＣｕが表出し
なくなる。その結果、はんだ濡れ性が劣化するという問
題が生じてくる。

【０００５】このような問題に対し、本発明者らは、導
電性基体の表面に、まず、Ｓｎめっき層を形成し、更に
そのＳｎめっき層の上にＳｎ−Ｂｉ合金から成るめっき
層を形成することにより、２層構造のめっき層を有する
リード線を開発した（特開平１０−２２９１５２号公報
を参照）。このリード線の場合、下層に位置するＳｎめ
っき層におけるＳｎの拡散速度が上層に位置するＳｎ−
Ｂｉ合金層におけるＳｎの拡散速度よりも小さく下層の
Ｓｎめっき層はいわばＳｎの拡散バリアとして機能し、
そのため、前記したＳｎ−Ｃｕ層が形成されにくくな
り、従来のＳｎめっき層単独で被覆されているリード線
に比べても、ほぼ同等のはんだ濡れ性を発揮する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らのその後の研究によると、上記した２層構造のめっ
き層で被覆されているリード線は、耐熱試験後における
はんだ濡れ性が良好で、またアルミ線との溶接強度も大
きいという利点を備えているが、他方では、Ｂｉ濃度が
高くなると次のような問題を生ずることが明らかとなっ
た。

【０００７】すなわち、第１の問題は、このリード線を
例えば回路基板のランドにはんだ付けすると、はんだが
ランドから剥離する、いわゆるリフトオフと呼ばれる現
象が頻発するという問題である。このリフトオフが発生
する、発生しないという問題は、回路基板と実装部品と
の電気的な接続における信頼性の大小に大きな影響を与
える問題であって、回路基板と実装部品の間で１箇所で
もリフトオフが発生していると、リフトオフが他の箇所
で発生していなくても、製造された実装基板それ自体が
不良品になってしまう。

【０００８】したがって、はんだ付け時におけるリフト
オフの発生を抑制することは、実装基板の製造歩留まり
を高めることを考慮した場合には非常に重要な課題とな
る。また、第２の問題は、Ｂｉ濃度が高くなると、リー
ド線の曲げ加工性が悪くなり、そのためリード線に厳し
い曲げ加工を行うと、曲率が小さい曲げ部分にクラック
が発生し、その結果、リード線の耐食性が劣化するとい
う問題である。

【０００９】このような問題は、回路基板へ実装部品を
高密度実装して製品の小型化・多機能化を実現しようと
する最近の動向にとっては不都合な問題であり、リード
線の曲げ加工性の向上ということも、製品の信頼性の向
上にとって重要な課題となっている。本発明は、既述し
た２層構造のめっき層を有するリード線における上記し
た問題を、Ｓｎ−Ｂｉ合金層におけるＢｉ濃度を適正化
することにより解決し、もって、リフトオフの発生が起
こりにくく、はんだ濡れ性が優れ、更には曲げ加工性も
優れている電子部品用リード線と、それを用いた電子部
品の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、導電性基体の上に、単一の
Ｓｎ−Ｂｉ合金層が形成されており、かつ、前記Ｓｎ−
Ｂｉ合金層におけるＢｉの平均濃度が０.１〜１.０重量
％であることを特徴とする電子部品用リード線（以下、
リード線Ａという）が提供される。

【００１１】また、本発明においては、導電性基体と、
前記導電性基体の上に形成されたＳｎ層と、前記Ｓｎ層
の上に形成されたＢｉ濃度１〜５重量％のＳｎ−Ｂｉ合
金層とから成ることを特徴とする電子部品用リード線、
とりわけ、前記Ｓｎ層と前記Ｓｎ−Ｂｉ合金層との合計
の厚みが５〜１５μｍであり、そのうち、前記Ｓｎ−Ｂ
ｉ合金層の厚みが１〜３μｍである電子部品用リード線
（以下、リード線Ｂという）が提供される。

【００１２】また、本発明においては、上記リード線Ａ
または／および上記リード線Ｂを用いて組み立てられた
電子部品が提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、リード線Ａについて詳細に
説明する。図１はリード線Ａの断面構造を示し、このリ
ード線Ａは、導電性基体１と、その表面を被覆する単一
のＳｎ−Ｂｉ合金層２で構成されている。ここで、導電
性基体としては、Ｃｕ、または、黄銅、リン青銅のよう
なＣｕ合金が用いられる。また、鋼材のような基材の表
面が上記したＣｕまたはＣｕ合金で被覆されているもの
であってもよい。

【００１４】本発明においては、上記したＳｎ−Ｂｉ合
金層２におけるＢｉの平均濃度は、０.１〜１.０重量％
に設定されている。この平均濃度が０.１重量％より低
い場合には、従来のＳｎ単独層の場合と同じように、Ｓ
ｎ−Ｂｉ合金層３にその表面酸化やウイスカーの発生が
起こるようになる。また、この平均濃度が１.０重量％
より高い場合は、はんだ付け時にリフトオフが発生しや
すくなるとともに、曲げ加工性が悪くなる。このＳｎ−
Ｂｉ合金層におけるＢｉの好ましい平均濃度は０.２〜
１.０重量％である。

【００１５】このリード線Ａは、基体１の表面に、Ｓｎ
−Ｂｉ合金を例えば直接めっきして製造することができ
る。しかしながら、Ｓｎ−Ｂｉ合金のめっき時には、形
成されたＳｎ−Ｂｉ合金のめっき層におけるＢｉ濃度は
目標濃度に対して０.５〜２.０重量％の範囲内で変動す
るのが一般的である。

【００１６】したがって、上記したＢｉの平均濃度とな
るようにＳｎ−Ｂｉめっき層２をめっき法だけで形成す
ることはかなり困難である。もちろん、Ｂｉ濃度の変動
量を少なくするためには、めっき浴成分のリアルタイム
での分析と浴組成の管理などによって可能ではあるが、
そのような管理作業は非常に煩雑であり、その結果、リ
ード線製造時における生産性の低下、そして製造コスト
の上昇を招き、工業的には極めて不利となる。

【００１７】このような問題を考慮して、本発明におい
ては、上記したリード線Ａを工業的に製造するために
も、まず、図２で示したリード線Ｂが提供される。ここ
で、リード線Ｂについて説明する。図２はリード線Ｂの
断面構造を示し、このリード線Ｂは、導電性基体１と、
その表面を被覆するＳｎ層２Ａと、更にそのＳｎ層２Ａ
を被覆するＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂで構成されている。そ
して、これらの層２Ａ，２Ｂは、いずれも、めっき法で
形成されている。

【００１８】このリード線Ｂは、基体１の表面が２層構
造のめっき層で被覆されているものであるが、その場
合、最上層のＳｎ−Ｂｉ合金層２ＢにおけるＢｉ濃度は
１〜５重量％に設定されていることを特徴とする。した
がって、このリード線Ｂに熱処理、好適にはリフロー処
理を行うと、Ｓｎ層２ＡとＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂはいず
れも溶融して互いに混合し、その結果として、Ｓｎ−Ｂ
ｉ合金層２ＢのＢｉ濃度が希釈されてＢｉ濃度がより低
濃度になっている単一のＳｎ−Ｂｉ合金層が再凝固して
形成されることになる。

【００１９】また、はんだ付け時においても、その熱で
上記２層構造のめっき層は溶融し、冷却時の再凝固によ
って単一のＳｎ−Ｂｉ合金層が形成される。したがっ
て、リード線Ｂの場合、まず、Ｓｎ−Ｂｉ合金層２Ｂに
おけるＢｉ濃度、Ｓｎ層２ＡとＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂの
厚みは、熱処理後に形成される単一のＳｎ−Ｂｉ合金層
におけるＢｉの平均濃度が前記した０.１〜１.０重量％
の範囲内におさまるように設計される。

【００２０】具体的には、まず、Ｓｎ−Ｂｉ合金層２Ｂ
におけるＢｉ濃度は１〜５重量％に設定される。また、
Ｓｎ層２ＡとＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂの合計の厚みは５〜
１５μｍに設定し、そして、そのうち、最上層のＳｎ−
Ｂｉ合金層２Ｂの厚みは１〜３μｍに設定することが好
ましい。ここで、合計の厚みが５μｍより薄い場合に
は、上記した熱処理を受けたときに、基体１との界面に
Ｓｎ−Ｃｕ層が形成されやすくなり、その結果、はんだ
濡れ性が悪くなる。また、合計の厚みが１５μｍより厚
くなると、リード線Ｂの曲げ加工性が悪くなって曲げ加
工時にクラックが発生しやすくなる。

【００２１】更に、Ｓｎ−Ｂｉ合金層２ＡにおけるＢｉ
濃度が１重量％より低かったり、その厚みが１μｍより
薄くなると、熱処理を受けて形成された再凝固のＳｎ−
Ｂｉ合金層におけるＢｉの平均濃度が低くなってしま
い、Ｓｎ単独層の場合と同じように表面酸化やウイスカ
ーの発生が起こってくる。また、Ｂｉ濃度が５重量％よ
り高かったり、その厚みが３μｍより厚くなると、熱処
理後のＳｎ−Ｂｉ合金層におけるＢｉの平均濃度が高く
なって、はんだ付け時のリフトオフが発生しやすくな
り、更には曲げ加工性が悪くなって曲げ加工時にクラッ
クが発生しやすくなる。

【００２２】なお、Ｓｎ層２Ａの厚み、Ｓｎ−Ｂｉ合金
層２Ｂの厚みとＢｉ濃度の設定に際しては、次式： ０.１≦Ｃ×｛(Ｒ＋Ｔ)²−(Ｒ＋Ｔ−ｔ)²｝／｛(Ｒ＋
Ｔ)²−Ｒ²｝≦１.０ を満足するように、Ｃ，Ｒ，Ｔ，ｔの各値を設定すれば
よい。なお、上記式において、Ｒは導電性基体１の半径
（mm）、ＴはＳｎ層２ＡとＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂの合計
の厚み（mm）、ｔはＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂの厚み（m
m）、ＣはＳｎ−Ｂｉ合金層２ＢにおけるＢｉ濃度（重
量％）を表す。

【００２３】このリード線Ｂを熱処理することにより、
前記したリード線Ａが製造される。このとき、リード線
Ａにおける単一のＳｎ−Ｂｉ合金層２は、溶融合金が再
凝固したものであるため、その表面は平滑であり、しか
も耐酸化性やはんだ濡れ性が向上した状態になってい
る。なお、上記した熱処理時に温度制御を行って、Ｓｎ
層２Ａにおける基体１側の部分が溶融しないようにする
と、再凝固によって形成された単一のＳｎ−Ｂｉ合金層
の厚みが均一になるので好適である。

【００２４】本発明の電子部品は、上記したリード線
Ａ，Ｂを用い組み立てられたものであって、例えば、ダ
イオード、コンデンサ、抵抗器などをあげることができ
る。

【００２５】

【実施例】線径０.５mmのＣｕ被覆鋼線に電解脱脂、酸
洗の前処理を行ったのち、Ｓｎめっき、Ｓｎ−Ｂｉ合金
めっきを順次行って２層構造のめっき層２Ａ，２Ｂが形
成されているリード線Ｂを製造した。このとき、各めっ
き条件を変えることにより、厚みとＢｉ濃度が表１で示
した値となっているリード線Ｂにした。そして、下記の
仕様でリフトオフの発生状況、はんだ濡れ性、曲げ加工
性を調べた。

【００２６】１）リフトオフの発生状況：リード線Ｂを
所望の長さに切断したのち回路基板のスルーホールに装
着し、ついで噴流式はんだ槽内で両者をはんだ付けし
た。はんだ浴としては、Ｓｎ−０.７％Ｃｕ浴（はんだ
浴Ａ）と、Ｓｎ−３.５％Ａｇ−０.７％Ｃｕ浴（はんだ
浴Ｂ）の２種類を用い、いずれのはんだ浴も浴温２５０
℃とした。はんだ付け後、徐冷時間を実機よりもやや長
めにして冷却し、リフトオフが発生しているスルーホー
ルの個数を数え、それを装着数で除算してリフトオフの
発生率（％）を求めた。

【００２７】２）はんだ濡れ性：リード線に、温度１７
０℃で２４時間の熱処理を行ったのち、所望の長さに切
断し、Ｓｎ−３.５％Ａｇ−０.５％Ｃｕのはんだ浴（浴
温２４０℃）に、ロジン２５％のフラックスを用いて２
秒間浸漬し、そのときの濡れ面積を測定し、その値を浸
漬面積で除算して濡れ面積の比率（％）を求めた。

【００２８】３）曲げ加工性：リード線Ｂに、温度７５
０℃でリフロー処理を施してリード線Ａにし、このリー
ド線Ａを９０°直角に折り曲げ、その折り曲げ箇所を光
学顕微鏡で観察し、クラックの発生の有無を調べた。ク
ラックなしの場合を◎、小さくクラックの発生の場合を
○、中位の大きさのクラック発生の場合を△、大きいク
ラック発生の場合を×とした。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から次のことが明らかである。 （１）実施例１〜５のリード線は、いずれも、リフトオ
フの発生はなく、はんだ濡れ性も９５％以上と合格水準
にあり、しかも曲げ加工性が優れている。 （２）しかし、実施例６のようにリード線ＢにおけるＳ
ｎ−Ｂｉ合金層２Ｂの厚みが５μｍのものは、その厚み
が１〜３μｍの範囲内にある実施例１〜５に比べて、曲
げ加工性において小さくクラックが発生している。この
ようなことから、Ｓｎ−Ｂｉ合金層２Ｂの厚みは１〜３
μｍに設定することが好適である。

【００３１】（３）また、リード線Ｂにおけるめっき層
の全体の厚みが、実施例７の場合のように５μｍより薄
くなると、熱処理時に基体表面が露出することによって
はんだ濡れ性が若干劣るようになり、逆に実施例８の場
合のように１５μｍより厚くなると、Ｂｉの絶対量が増
加するためリフトオフが発生したり、曲げ加工性も若干
劣るようになる。このようなことから、全体の厚みは５
〜１０μｍに設定することが好適である。

【００３２】（４）比較例６〜９で明らかなように、単
層のＳｎ−Ｂｉ合金層２Ｂを形成したリード線の場合、
その層におけるＢｉ濃度が高くなるにつれて、はんだ濡
れ性は向上していくが、他方ではリフトオフが発生しや
すくなり、またクラックも発生して曲げ加工性が悪くな
っている。例えば、比較例１ではＢｉ濃度が低いのでは
んだ濡れ性に劣り、比較例２の場合には、Ｂｉ濃度が高
く中位のクラックが発生している。更に、比較例３〜５
の場合は、Ｂｉ濃度が非常に高いのでリフトオフの発生
率が非常に高くなっている。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
リード線はＰｂフリーであるため環境に優しく、はんだ
濡れ性を良好に保ちつつリフトオフの発生がなく、回路
基板に実装部品を実装したときにその製品歩留まりの向
上に資する。また本発明のリード線は曲げ加工性に優れ
ているので高密度実装にもちいた場合でもクラックの発
生が抑制され、安定した耐食性を保持するので、製品の
信頼性の向上に資する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリード線Ａの断面構造を示す断面図で
ある。

【図２】本発明のリード線Ｂの断面構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 導電性基体 ２ 熱処理後の単一なＳｎ−Ｂｉ合金層 ２Ａ Ｓｎ層 ２Ｂ Ｓｎ−Ｂｉ合金層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 松田 晃 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 瀬川 勲 大阪府寝屋川市楠根北町２番５号 協和電 線株式会社内 (72)発明者 杉江 欣也 大阪府寝屋川市楠根北町２番５号 協和電 線株式会社内 Ｆターム(参考） 4K044 AA06 AB04 BA10 BB01 BB03 BC02 BC05 BC08 CA11 CA13 CA15 CA18 CA62 5F067 DC11 EA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性基体の上に、単一のＳｎ−Ｂｉ合
   金層が形成されており、かつ、前記Ｓｎ−Ｂｉ合金層に
   おけるＢｉの平均濃度が０.１〜１.０重量％であること
   を特徴とする電子部品用リード線。
2. 【請求項２】 導電性基体と、前記導電性基体の上に形
   成されたＳｎ層と、前記Ｓｎ層の上に形成されたＢｉ濃
   度１〜５重量％のＳｎ−Ｂｉ合金層とから成ることを特
   徴とする電子部品用リード線。
3. 【請求項３】 前記Ｓｎ層と前記Ｓｎ−Ｂｉ合金層との
   合計の厚みが５〜１５μｍであり、そのうち、前記Ｓｎ
   −Ｂｉ合金層の厚みが１〜３μｍである請求項２の電子
   部品用リード線。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの電子部品用リ
   ード線を用いて組み立てられた電子部品。