JP2002249885A - 半田濡れ性、耐錆性、耐ホイスカー性に優れた環境対応型電子部品用表面処理鋼板 - Google Patents

半田濡れ性、耐錆性、耐ホイスカー性に優れた環境対応型電子部品用表面処理鋼板

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境負荷有害物質である鉛を含まないで、特
にレトルト処理後の半田濡れ性、耐錆性並びに耐ホイス
カー性を同時に満足する電子部品用表面処理鋼板を提供
する。 【解決手段】 鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層を有するか、
あるいは鋼板の表面処理層の表層にＳｎ−Ｚｎ合金層を
有し、鋼板界面にＮｉメッキ層またはＦｅ−Ｎｉ拡散層
を有する電子部品用表面処理鋼板において、上記Ｓｎ−
Ｚｎ合金層の付着量が３ｇ／ｍ2 以上で、Ｚｎ／Ｓｎ比
率（重量％）が０．０１〜１０、より好ましくは０．０
１〜０．１であり、このＳｎ−Ｚｎ合金層上にリン酸マ
グネシウムを主体とする無機皮膜をＰ＋Ｍｇ付着量で１
〜１００ｍｇ／ｍ2 有することを特徴とする半田濡れ
性、耐錆性、耐ホイスカー性に優れた環境対応型電子部
品用表面処理鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気製品の電子部品
として使用され、半田性、耐錆性並びに耐ホイスカー性
に優れた特性を有し、更に、鉛等の環境負荷物質を含有
しない電子部品用表面処理鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に電気製品の電子部品に対しては、
とりわけ半田性の優れた表面処理鋼板として、ブリキや
ターンシート並びに半田メッキ鋼板等が使用されてい
る。このように、溶融半田浴中に短時間浸漬して半田付
けできる優れた半田濡れ性を有する表面処理鋼板とし
て、鋼板表面に８．４〜１１．２ｇ／ｍ2 のＳｎメッキ
層を有する表面処理鋼板（以下、＃７５〜＃１００ブリ
キと称す）が使用されていたが、近年の電気製品の小型
化により電子部品の間隔が狭まった結果、ブリキでは錫
メッキ層から成長した針状の単結晶（ホイスカー）によ
る直接短絡や絶縁層の破壊等の問題が発生するため、ホ
イスカー発生のないターンシートや半田メッキ鋼板が主
流となっている。
【０００３】このようなホイスカーの発生防止について
は、合金メッキ化（特公昭５８−２５９８号公報、特開
昭４９−１２９号公報等）ならびにメッキ後の後処理
（特公昭５６−４７９５５号公報、特公昭５６−４７９
５６号公報、特開昭５９−１４３０８９号公報、特開昭
６２−７７４８１号公報等）方法が従来から提唱されて
いる。しかしながら、これらの方法では合金メッキ化や
後処理によって半田性が阻害されるために殆ど実用化さ
れていなかったが、特開平２−２７０９７０号公報、特
開平３−１８３７９６号公報では、合金組成とクロメー
ト処理層の適正化によって実用化されているものもあ
る。
【０００４】最近では、地球環境問題の観点から環境負
荷有害物質の規制が行われつつあり、特に６価クロムや
鉛が対象となっているため、鉛−錫半田に引き続いてメ
ッキ鋼板としてのターンシートや半田メッキについても
代替素材の要求が逼迫しつつある。特に小型電子部品に
ついては、高能率で半田付けするために、溶融半田浴中
に短時間浸漬して半田付けされている。
【０００５】また、電子部品は加工後に長期保管される
ことがあるため、長期保管状態を実験的に再現するため
レトルト促進処理等で加速評価されており、フラックス
についても活性度の低い塩素非含有タイプに移行されつ
つある。このような加速促進試験後の半田濡れ性も含め
て、電子部品用表面処理鋼板に対して極めて優れた半田
濡れ性が要求されている。このように、環境対応型で半
田濡れ性並びに耐ホイスカー性の両方に優れた電子部品
用表面処理鋼板提供の強い要請がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、環境負荷有
害物質である鉛を含まないで、特にレトルト処理後の半
田濡れ性、耐錆性並びに耐ホイスカー性を同時に満足す
る電子部品用表面処理鋼板を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、現在溶融半田
浴中に短時間浸漬して半田付けされる電子部品用途とし
て使用されているターンシートより優れたレトルト処理
後の半田濡れ性を確保しつつ、且つブリキでは問題であ
った耐ホイスカー性及び耐錆性を確保する表面処理鋼板
である。これらの目的は、鋼板の表面上にＳｎ−Ｚｎ合
金層を有するか、あるいは鋼板の表面処理層の表層にＳ
ｎ−Ｚｎ合金層を有し、鋼板界面にＮｉメッキ層または
Ｆｅ−Ｎｉ拡散層を有する電子部品用表面処理鋼板にお
いて、Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜量とＺｎ／Ｓｎ比率を特定す
ることと、その上に従来のクロメート皮膜の代替とし
て、リン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜を付与す
ることによって達成された。
【０００８】即ち本発明は、鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層
を有するか、あるいは鋼板の表面処理層の表層にＳｎ−
Ｚｎ合金層を有し、鋼板界面にＮｉメッキ層またはＦｅ
−Ｎｉ拡散層を有する電子部品用表面処理鋼板におい
て、上記Ｓｎ−Ｚｎ合金層の付着量が３ｇ／ｍ2 以上
で、Ｚｎ／Ｓｎ比率（重量％）が０．０１〜１０、より
好ましくは０．０１〜０．１であり、このＳｎ−Ｚｎ合
金層上にリン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜をＰ
＋Ｍｇ量で１〜１００ｍｇ／ｍ2 有することを特徴とす
る半田濡れ性、耐錆性、耐ホイスカー性に優れた環境対
応型電子部品用表面処理鋼板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に述べ
る。まず、本発明の請求項に述べた限定範囲について説
明する。図１に、本発明品である表面処理鋼板のメッキ
層断面表層構造を示す。図中の記号１は鋼板（図示せ
ず）上のＳｎ−Ｚｎ合金皮膜層、あるいは鋼板界面にＮ
ｉメッキ層またはＦｅ−Ｎｉ拡散層（図示せず）を有す
る表面処理層の表層のＳｎ−Ｚｎ合金皮膜層で、２はＳ
ｎ−Ｚｎ合金皮膜層１上の本発明で最も特徴となるリン
酸マグネシウムを主体とする無機皮膜をそれぞれ示す。
【００１０】Ｓｎ−Ｚｎ合金メッキ皮膜量は本発明の基
本となるメッキ皮膜であり、半田濡れ性及び耐錆性の点
から少なくとも３．０ｇ／ｍ2 以上が最低限必要であ
り、上限については本発明では特に限定しないが、コス
トとの関係から５０ｇ／ｍ2 程度が好ましい。
【００１１】Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜の製造方法としては、
鋼板にＳｎ，Ｚｎ電気メッキ後熱拡散処理によって得ら
れるもの以外に、直接鋼板にＳｎ―Ｚｎ合金を電気メッ
キで被覆する方法、あるいは溶融Ｓｎ−Ｚｎ浴中に鋼板
を浸漬する所謂溶融メッキ法によっても製造可能であ
り、また、上記３方法において上記鋼板として特開平２
−２７０９７０号公報、特開平３−１８３７９６号公報
に記載のように、下地Ｎｉメッキを施した鋼板を用いる
ことで、鋼板界面にはＮｉメッキ層またはＦｅ−Ｎｉ拡
散層を、表層にはＳｎ―Ｚｎ合金を製造することが可能
であり、本発明はＳｎ−Ｚｎ合金皮膜の製造方法につい
ては特に限定するものではない。下地Ｎｉメッキを施す
ことによって、Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜層の薄い場合にはＳ
ｎ−Ｚｎ合金皮膜が均一化されて耐錆性が改善される傾
向が見られる。
【００１２】次に、Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜のＺｎ／Ｓｎ比
率（重量％）及び酸化防止皮膜に関する限定であるが、
付着量３ｇ／ｍ2 以上で、Ｚｎ／Ｓｎ比率（重量％）が
１０．０以下のＳｎ−Ｚｎ合金皮膜上に重リン酸マグネ
シウム溶液を主体とする浴に浸漬、乾燥させてリン酸マ
グネシウムを主体とする薄い無機皮膜をＰ＋Ｍｇ付着量
で１〜１００ｍｇ／ｍ2 形成させることによって、図２
に示すようにレトルト処理等の加速処理後の酸化膜成長
を抑制することが可能となり、優れた半田濡れ性と従来
のクロメート被膜と同等の耐錆性を確保することが可能
となった。また、Ｚｎ／Ｓｎ比率（重量％）の下限を
０．０１以上とすることで、図３に示すように耐ホイス
カー性を確保することが可能となった。
【００１３】図２は、Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜量５．０〜２
０．０ｇ／ｍ2 の場合において、表層のリン酸マグネシ
ウムを主体とする無機皮膜量としてＰ＋Ｍｇ付着量とＺ
ｎ／Ｓｎ比率（重量％）と半田濡れ性との関係について
示す。この場合の半田濡れ性評価は、半田メニスカスの
時間変化を記録する装置を用いてＳｎ−Ａｇ系鉛フリー
半田、フラックスは非活性型と活性型の２種類を使用
し、供試材を１０５℃のレトルト加速試験で８時間行っ
た後、濡れ性を試験した。評価は非活性フラックスで濡
れ時間（ゼロクロスタイム）が３秒以内であるものを
◎、活性フラックスで３秒以内のものを○、活性フラッ
クスで３〜５秒のものを△、活性フラックスで５秒以上
のものを×とした。
【００１４】図で示すように、半田濡れ性の良好な範囲
は、Ｚｎ／Ｓｎ比率１０．０％以下であり、特に０．１
％以下では非活性フラックスでも非常に良好な濡れ性を
示した。Ｐ＋Ｍｇ付着量については、なしの場合、Ｚｎ
／Ｓｎ比率（重量％）０．０１〜０．１では△、１以上
では×であり、酸化防止皮膜として機能するにはＰ＋Ｍ
ｇ付着量１ｍｇ／ｍ2 以上必要であった。上限について
は塗布方法の種類により変化するが、１００ｍｇ／ｍ2
超では半田濡れ性を阻害する傾向が確認され、Ｐ＋Ｍｇ
付着量で１００ｍｇ／ｍ2 以下が好ましい。
【００１５】図３は、Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜のＺｎ／Ｓｎ
比率（重量％）と耐ホイスカー性についての結果を示
す。耐ホイスカーテストは供試材を９０°曲げ及び張り
出し加工を行った後に、耐湿テスト同様の６０℃、９０
％ＲＨの雰囲気中で３ケ月経時させた。評価は目視およ
び走査型電子顕微鏡にて行い、評価基準は、○：ホイス
カー発生５０μｍ未満、×：ホイスカー発生５０μｍ以
上とした。
【００１６】図３に示すように、耐ホイスカー性に対し
てはＺｎ／Ｓｎ比率（重量％）０．０１以上でホイスカ
ー発生は５０μ未満となる。従って、Ｚｎ／Ｓｎ比率
（重量％）の限定範囲については、耐ホイスカー性の点
から０．０１以上、活性フラックス使用時の半田濡れ性
から１０．０以下、非活性フラックス使用時の半田濡れ
性から０．１以下に限定される。
【００１７】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の内容を説明
する。表１に、実施例に基づいて詳細条件を変化させた
場合及び比較例の特性評価結果をまとめた。 ［実施例１］通常の方法で冷間圧延、および焼純された
低炭素冷延鋼板に通常の方法で脱脂・酸洗を行った後、
順に（１）に示す処理条件でＮｉメッキ、（２）に示す
処理条件でＳｎメッキ、（３）に示す条件でＺｎメッキ
を施した。そして引き続いて通電抵抗加熱方式によっ
て、鋼板表面温度２５０〜３５０℃で０．５秒以上の加
熱処理を大気中で実施し、Ｓｎ−Ｚｎ二元合金を主体と
するメッキ被膜を形成させた。更に、（４），（５）に
示す条件で後処理を施した後、各種評価試験に供した。
【００１８】 （１）Ｎｉメッキ 浴条件 ＮｉＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ：２００〜３００ｇ／Ｌ（リットル） Ｈ2 Ｓ０4 ：０〜５０ｇ／Ｌ Ｈ3 ＢＯ3 ：４０ｇ／Ｌ メッキ条件 浴温度 ：４０〜５０℃ 電流密度：５〜３０Ａ／ｄｍ2 （２）Ｓｎメッキ 浴条件 硫酸錫：２０〜３０ｇ／Ｌ フェノールスルフォン酸：２０〜３０ｇ／Ｌ エトキシ化α−ナフトールスルフォン酸：２〜３ｇ／Ｌ メッキ条件 浴濃度 ：３５〜４５℃ 電流密度：２〜３０Ａ／ｄｍ2 （３）Ｚｎメッキ 浴条件 ＺｎＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ：２００〜４００ｇ／Ｌ Ｎａ2 ＳＯ4 ：５０〜１５０ｇ／Ｌ メッキ条件 浴温度 ：４０〜５０℃ 電流密度：５〜３０Ａ／ｄｍ2 （４）後処理 浸漬時間：３秒 浴条件 Ｈ2 Ｓ０4 ：１０〜２０ｇ／Ｌ 浴温度 常温（２０〜３０）℃ （５）酸化防止皮膜処理 浴条件 重リン酸マグネシウム溶液：１〜２０ｇ／Ｌ 処理条件 浴：常温〜５０℃（浸漬３〜５秒）
【００１９】［実施例２］通常の方法で冷間圧延、およ
び焼純された低炭素冷延鋼板に通常の方法で脱脂・酸洗
を行った後、順に前記（１）に示す処理条件でＮｉメッ
キ、下記（６）に示す処理条件でＳｎ−Ｚｎ合金メッキ
を施し、前記（４）の処理で表層酸化膜を除去した。そ
して引き続いて（５）に示す条件で後処理を施した後、
各種評価試験に供した。 （６）Ｓｎ−Ｚｎ溶融合金メッキ 浴条件 Ｓｎ−Ｚｎ合金 メッキ条件 浴温度 ：２５０〜３００℃ 浸漬時間：１秒 メッキ付着量：３０〜４０ｇ／ｍ2 （ワイピング制御）
【００２０】［実施例３］通常の方法で冷間圧延、およ
び焼純された低炭素冷延鋼板に通常の方法で脱脂・酸洗
を行った後、順に前記（１）に示す処理条件でＮｉメッ
キ、下記（７）に示す処理条件でＳｎ−Ｚｎ合金メッキ
を施し、（７）の処理で表層酸化膜を除去した。そして
引き続いて前記（５）に示す条件で後処理を施した後、
各種評価試験に供した。 （７）Ｓｎ−Ｚｎ電気合金メッキ 浴条件 アルカノールスルフォン酸：１０〜２００ｇ／Ｌ ２価Ｚｎ：１〜５０ｇ／Ｌ ２価Ｓｎ：１００〜５００ｇ／Ｌ メッキ条件 浴温度 ：５０〜６０℃ 電流密度：１０〜２００Ａ／ｄｍ2
【００２１】［比較例１−１］実施例１においてクロメ
ート処理条件として、実施例１の（４），（５）に代え
て、下記に示す（８）とした比較例であり、その他の項
目は実施例１と同じである。 （８）クロメート処理 浴条件 ＣｒＯ3 ：５０〜１００ｇ／Ｌ 浴温度 ：４０〜５０℃（５秒浸漬）
【００２２】［比較例１−２］比較例１−１おいてクロ
メート処理条件（８）を省略した比較例であり、その他
の項目は実施例１と同じである。
【００２３】［比較例２］片面当りのＳｎメッキ量が１
１．２ｇ／ｍ2 の電気メッキブリキ（＃１００ブリキと
称す）。
【００２４】［比較例３］片面当りのＰｂメッキ量が３
０ｇ／ｍ2 の鉛メッキ鋼板（ターンシートと称す）。
【００２５】以上の本発明実施例および比較例を、以下
に示す（ａ）〜（ｃ）の評価テストに供し、特性を比較
した。なお実施例については評価前に以下に示す（１）
〜（３）の方法にてＳｎ−Ｚｎ合金量（ｇ／ｍ2 ）、Ｚ
ｎ／Ｓｎ比率（重量％）、Ｐ＋Ｍｇ付着量（ｍｇ／
ｍ2 ）を測定した。
【００２６】（ａ）半田濡れ性テスト 半田濡れ性テストは、半田メニスカスの時間変化を記録
する装置（タルチンケスター社製ＳＷＥＴ−２１００）
を用いて、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系無鉛半田（タルチンケス
ター社製ＳＡ２５１５）および非塩素系フラックス（タ
ムラ技研社製ＮＡ２００）と塩素含有の活性フラックス
（日本スペリア社製ＮＳ８２８）を使用し、供試材はレ
トルト加速試験を１０５℃×８時間行った後、濡れ性を
試験した。評価は、非活性フラックスで濡れ時間（ゼロ
クロスタイム）が３秒以内であるものを◎、活性フラッ
クスで３秒以内のものを○、活性フラックスで３〜５秒
のものを△、活性フラックスで５秒以上のものを×とし
た。
【００２７】（ｂ）耐ホイスカーテスト 耐ホイスカーテストは、供試材を９０°曲げ及び張り出
し加工を行った後に、耐湿テスト６０℃、９０％ＲＨの
雰囲気中で３ケ月経時させた。評価は目視および走査型
電子顕微鏡にて行い、評価基準は○ホイスカー発生５０
μｍ未満、×ホイスカー発生５０μｍ以上とした。
【００２８】（ｃ）耐錆性テスト ＪＩＳ Ｚ ２３７１規定の塩水噴霧７２時間連続試験
を実施し、赤錆発生面積率を％で測定した。
【００２９】（１）Ｓｎ−Ｚｎ合金量（ｇ／ｍ2 ） 蛍光Ｘ線分光分析装置を用いて、予め用意したＳｎとＺ
ｎの重量検量線から各々の重量を求め、それらの和をＳ
ｎ−Ｚｎ合金量とした。 （２）Ｚｎ／Ｓｎ比率（重量％） （１）と同様にして求めたＳｎとＺｎの重量からＺｎ／
Ｓｎ比率を計算した。
【００３０】（３）Ｐ＋Ｍｇ付着量（ｍｇ／ｍ2 ） Ｐについては蛍光Ｘ線分光分析装置を用いて、予め用意
した重量検量線から重量を求め、Ｍｇについては皮膜を
酸で溶解した溶液を高周波誘導結合プラズマ発光分析装
置を用いて、予め用意した重量検量線から重量を求め、
それらの和をＰ＋Ｍｇ付着量とした。
【００３１】表１に、実施例の詳細及び比較例の特性評
価結果をまとめて示す。実施例１−１〜４で、Ｓｎ−Ｚ
ｎ合金皮膜を電気メッキ後熱拡散合金化処理を施す例、
実施例２−１と２−２では溶融メッキで製造する例、更
に実施例３では電気合金メッキで製造する例についての
特性評価結果を示す。比較例１−１は電気メッキ後熱拡
散処理を実施した後、クロメート皮膜を形成させるも
の、比較例１−２はクロメート処理なしの例を示す。比
較例２及び３は夫々現行の比較材である＃１００ブリキ
とターンシートの結果を示す。これらの実施例のよう
に、Ｐ＋Ｍｇ無機皮膜はレトルト加速処理後の半田濡れ
性においてクロメート処理よりも良好であり、耐錆性も
同等の性能を有しており、比較材である＃１００ブリキ
やターンシートよりも優れた特性を示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は電子部品用
途としてのレトルト処理後の半田濡れ性、耐錆性並びに
耐ホイスカー性に優れた性能を有するものである。この
発明により環境対応型の電子部品用表面処理鋼板の供給
を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明品のメッキ層断面表層構造を示す模式
図。
【図２】無機皮膜のＰ＋Ｍｇ付着量とＳｎ−Ｚｎ合金皮
膜層のＺｎ／Ｓｎ比率と半田濡れ性との関係を示す図。
【図３】Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜層のＺｎ／Ｓｎ比率と耐ホ
イスカー性との関係を示す図。
【符号の説明】
１：Ｓｎ−Ｚｎ合金皮膜層 ２：リン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 泰彦 姫路市広畑区富士町１番地 新日本製鐵株 式会社広畑製鐵所内 Ｆターム(参考） 4K026 AA02 AA12 AA13 AA22 BA03 BB10 CA03 CA13 CA23 DA03 DA13 EA12 4K044 AA02 AB02 BA06 BA10 BA17 BB04 BC08 CA04 CA11 CA18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層を有するか、
    あるいは鋼板の表面処理層の表層にＳｎ−Ｚｎ合金層を
    有し、鋼板界面にＮｉメッキ層またはＦｅ−Ｎｉ拡散層
    を有する電子部品用表面処理鋼板において、上記Ｓｎ−
    Ｚｎ合金層の付着量が３ｇ／ｍ2 以上で、Ｚｎ／Ｓｎ比
    率（重量％）が０．０１〜１０であり、このＳｎ−Ｚｎ
    合金層上にリン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜を
    Ｐ＋Ｍｇ付着量で１〜１００ｍｇ／ｍ2 有することを特
    徴とする半田濡れ性、耐錆性、耐ホイスカー性に優れた
    環境対応型電子部品用表面処理鋼板。
  2. 【請求項２】 Ｓｎ−Ｚｎ合金層のＺｎ／Ｓｎ比率（重
    量％）が０．０１〜０．１であることを特徴とする請求
    項１に記載の半田濡れ性、耐錆性、耐ホイスカー性に優
    れた環境対応型電子部品用表面処理鋼板。
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