JP2003053521A - 半田付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極の下地メッキ膜及び芯線を露出すること
なく、導電体と電極とを良好に接続することができる半
田付け方法を提供する。 【解決手段】 コイル装置は、絶縁膜により絶縁被覆さ
れた導電体と、導電性材料からなる芯線に被覆された銅
からなる下地メッキ膜と下地メッキ膜に被覆された錫を
主成分とする表面メッキ膜とを備えた電極と、を有して
いる。そして、絶縁膜を溶融させるとともに、下地メッ
キ膜が侵食することなく表面メッキ膜を侵食させ、かつ
導電体の構成金属と電極の構成金属とが半田成分と合金
を形成可能な半田温度及び浸積時間で、導電体と電極と
を接続させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田付け方法に関
し、詳しくは、電極と導電体とを半田で接続する半田付
け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トランス、リアクトルのような電気部品
の巻線は、絶縁膜により被覆された導電体から構成され
ている。そして、この巻線の端末を電極に半田付けする
ことにより、巻線と電極とが接続されている。半田付け
は、例えば、半田が溶融された溶融半田槽に、巻線の端
末と電極とを浸漬させて巻線の絶縁膜を溶融し、巻線の
導電体の端末と電極とを半田により接続させている。

【０００３】このような半田付けは、巻線の絶縁膜を溶
融して、導電体の端末と電極とを接続することから、十
分な半田温度で十分な浸漬時間が必要になる。例えば、
半田に、Ｓｎ＋１Ａｇ＋４Ｃｕからなる成分の無鉛半田
を用いた場合、半田温度が３５９℃以上で数秒以上の浸
漬時間をとらないと、導電体の端末と電極との接続が悪
くなってしまう。

【０００４】しかし、導電体の端末と電極とを良好に接
続するために、高温の溶融半田槽に電極を長期間浸漬さ
せると、電極表面が半田付けにより受ける熱によって侵
食されてしまう。図１４に電極の断面構造を示す。図１
４に示すように、電極５１は、例えば、鉄からなる芯線
５２と、銅からなる下地メッキ膜５３と、錫からなる表
面メッキ膜５４とから構成されている。そして、高温の
溶融半田槽に電極５１を長期間浸漬させると、表面メッ
キ膜５４が侵食されて、下地メッキ膜５３や、芯線５２
が露出してしまうおそれがある。下地メッキ膜５３や、
芯線５２が露出すると、露出した部分が酸化しやすくな
り、その結果、配線基板に半田接続する際の半田濡れ性
が悪くなってしまう。このため、半田付けの際には、下
地メッキ膜５３や、芯線５２が露出しないように、表面
メッキ膜５４の侵食を防止することが望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極表
面に被覆された表面メッキ膜５４を侵食せずに、電極５
１と導電体とを接続するのは困難である。一方、表面メ
ッキ膜５４が侵食されても、下地メッキ膜５３まで侵食
されていなければ、下地メッキ膜５３及び芯線５２が酸
化されて、配線基板に半田接続する際の半田濡れ性が悪
くなるという問題は生じなくなる。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、電極の下地メッキ膜及び芯線を露出することな
く、導電体と電極とを良好に接続することができる半田
付け方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半田付け方法は、絶縁膜により被覆された
導電体と、導電性材料からなる芯材に被覆された銅から
なる下地メッキ層と、該下地メッキ層に被覆された錫を
主成分とする表面メッキ層と、を備えた電極と、を半田
で接続する半田付け方法であって、前記絶縁膜を溶融さ
せるとともに、前記下地メッキ層が侵食することなく前
記表面メッキ層を侵食させ、かつ前記導電体の構成金属
と前記電極の構成金属とが半田成分と合金を形成可能な
条件で、前記導電体と前記電極とを半田で接続する、こ
とを特徴とする。

【０００８】この構成によれば、下地メッキ層が侵食す
ることなく表面メッキ層を侵食させているので、電極の
芯線等は露出されない。また、絶縁膜が溶融されるとと
もに、表面メッキ層が侵食され、さらに導電体の構成金
属と電極の構成金属とが半田成分と合金を形成するの
で、導電体と電極とを良好に接続することができる。こ
の結果、配線基板に半田接続する際の半田濡れ性を改善
することができる。

【０００９】前記半田としては、例えば、錫を主成分と
する無鉛半田を用いることが好ましい。また、前記導電
体と前記電極とを溶融半田槽に浸漬させることにより、
前記導電体と前記電極とを半田で接続することが好まし
い。

【００１０】前記半田付けを半田温度が３５９℃〜４５
０℃、接続時間が１秒〜１０秒であって、前記導電体の
構成金属と前記電極の構成金属とが半田成分と合金を形
成可能な半田温度及び接続時間で行うことが好ましい。
このような半田温度及び接続時間で半田付けを行うと、
電極の芯線等が露出しなくなる。また、導電体と電極と
が良好に接続される。

【００１１】前記導電体は、例えば、電気部品の巻線で
あり、この場合、該巻線の端子が前記電極に接続され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の半田
付け方法について説明する。本実施の形態では、図１に
示す電気部品（コイル装置）の巻線（導電体）と電極と
を錫（Ｓｎ）を主成分とする無鉛半田で接続する場合を
例に説明する。

【００１３】まず、本発明に用いるコイル装置について
説明する。図１にコイル装置の概略図を示す。図１に示
すように、コイル装置１は、巻線２を保持するボビン３
と、ボビン３のフランジ４に固着されたピン状の電極５
とを備えている。そして、巻線２がボビン３に巻き付け
られ、その端末部２ａが電極５に接続されている。

【００１４】図２に巻線２の断面構造を示す。図２に示
すように、巻線２は、導電体６と導電体６を被覆する絶
縁膜７とから構成されている。巻線２としては、例え
ば、導電体６に銅、絶縁膜７にポリウレタン、からなる
ポリウレタンエナメルワイヤー（ＵＥＷ線）が用いられ
ている。

【００１５】図３に電極５の断面構造を示す。図３に示
すように、電極５は、芯線８と、芯線８を被覆する下地
メッキ膜９と、下地メッキ膜９を被覆する表面メッキ膜
１０とから構成されている。芯線８は導電性材料からな
る芯材から構成されている。芯材としては、例えば、鋼
線、銅線、合金線等が用いられている。下地メッキ膜９
は、銅（Ｃｕ）の溶融メッキ膜または電気メッキ膜から
構成されている。下地メッキ膜９の膜厚は、例えば、６
０μｍに形成されている。表面メッキ膜１０は錫（Ｓ
ｎ）を主成分とする溶融または電気メッキ膜、例えば、
Ｓｎ（１００％）、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ−ニッケル
（Ｎｉ）から構成されている。表面メッキ膜１０の膜厚
は、例えば、３〜６μｍに形成されている。

【００１６】次に、以上のように構成されたコイル装置
１を用いて、巻線２の端末部２ａを電極５に半田で接続
する半田付け方法について説明する。本実施の形態で
は、半田にＳｎを主成分とする無鉛半田（Ｓｎ＋１Ａｇ
＋４Ｃｕからなる成分の無鉛半田）が溶融された溶融半
田槽に、巻線２と、表面メッキ膜１０にＳｎ１００％の
メッキ膜を用いた電極５と、を浸漬して、巻線２と電極
５とを半田付けする場合を例に説明する。

【００１７】まず、電極５に巻線２の端末部２ａを巻き
付ける。また、溶融半田槽を、絶縁膜７及び無鉛半田が
溶融可能な温度である所定の半田温度、例えば、絶縁膜
７の構成材料であるポリウレタンの融点以上であって、
Ｓｎ＋１Ａｇ＋４Ｃｕからなる成分の無鉛半田の溶融温
度である３５９℃以上に加熱する。次に、巻線２の端末
部２ａが巻き付けられた電極５を溶融半田槽内に所定の
浸漬時間だけ浸漬させる。

【００１８】ここで、溶融半田槽内の半田温度及び浸漬
時間を、巻線２の絶縁膜７を溶融させるとともに、電極
５の下地メッキ膜９が侵食することなく表面メッキ膜１
０を侵食させ、かつ巻線２の導電体６の構成金属である
銅と、電極５の表面メッキ膜１０の構成金属である錫と
が半田成分と合金を形成可能な条件に設定する。以下、
このような条件となる半田温度及び浸漬時間について説
明する。

【００１９】図４は、所定の半田温度及び浸漬時間で、
巻線２と電極５とを溶融半田槽に浸漬させた場合の電極
５の線径の変化（増減）を示す。具体的には、巻線２と
電極５とを半田温度が３５９℃〜４５０℃の溶融半田槽
に、浸漬時間が１秒〜１０秒浸漬させた条件で、電極５
の線径が変化したか否かについての評価結果を示してい
る。図４では、電極５の線径が増加した場合を＋で示
し、電極５の線径が増減しない場合を±で示し、電極５
の線径が表面メッキ膜１０の膜厚内で減少（表面メッキ
膜１０のみが侵食）した場合を−で示し、電極５の線径
が表面メッキ膜１０の膜厚以上に減少（下地メッキ膜９
も侵食）した場合を、その減少量に応じて＝、または≡
で示す。このため、図４中、＋、±及び−で表される条
件であれば、電極５の下地メッキ膜９が侵食されず、電
極５の芯線８や下地メッキ膜９は露出しない。

【００２０】図４に示すように、半田温度が３５９℃〜
３７０℃で浸漬時間が１秒〜１０秒、３８０℃で１秒〜
７秒、３９０℃で１秒〜５秒、４００℃で１秒〜４秒、
４１０℃で１秒〜３秒、４２０℃で１秒〜２秒の溶融半
田槽への浸漬により、電極５の下地メッキ膜９は侵食さ
れないことが確認できた。

【００２１】図５に、このような関係の概念を示す。図
５に示すように、半田温度が低温の場合には電極５の下
地メッキ膜９の侵食を防止することができる（非侵食領
域）。そして、半田温度を高温かつ浸漬時間を長くする
ことにより、表面メッキ膜１０のみならず下地メッキ膜
９にまで侵食される状態（侵食限界ライン）を経て、電
極５の下地メッキ膜９が侵食される（侵食領域）。この
ため、電極５の下地メッキ膜９の侵食を防止するには、
半田付け条件を非侵食領域内の条件にすればよい。

【００２２】図６は、所定の半田温度及び浸漬時間で、
巻線２と電極５とを溶融半田槽に浸漬させた場合の巻線
２と電極５との接続状態を示した表である。具体的に
は、巻線２と電極５とを半田温度が３５９℃〜４２０℃
の溶融半田槽に、浸漬時間が１秒〜１０秒浸漬させた条
件で、巻線２と電極５との接続状態が良好か否かについ
ての評価結果を示している。図６では、接続状態が良好
な場合を○で示し、接続状態が不良な場合を×で示す。
また、半田濡れ性が悪くなる場合を△及び▽で示す。な
お、図４及び図５に示すように、半田温度が４３０℃以
上になると、電極５の下地メッキ膜９が侵食されること
から、半田温度が３５９℃〜４２０℃の範囲内で巻線２
と電極５との接続状態の評価を行った。

【００２３】図６に示すように、半田温度が３５９℃で
浸漬時間が６秒〜８秒、３７０℃で５秒〜７秒、３８０
℃で４秒〜６秒、３９０℃で３秒〜５秒、４００℃で２
秒〜４秒、４１０℃で１秒〜３秒、４２０℃で１秒〜２
秒の溶融半田槽への浸漬により、巻線２と電極５との接
続状態が良好になることが確認できた。

【００２４】図７に、このような関係の概念を示す。図
７に示すように、半田温度が低温かつ浸漬時間が短い場
合には、巻線２と電極５との接続状態が不良（接続不良
領域）になる。そして、半田温度を高温かつ浸漬時間を
長くすることにより、半田濡れ性が悪くなる状態（半田
濡れ不足限界ライン）を経て、巻線２と電極５との接続
状態が良好（接続良好領域）になる。さらに、半田温度
を高温かつ浸漬時間を長くすることにより、半田濡れ性
が悪くなる状態（半田濡れすぎ限界ライン）を経て、巻
線２と電極５との接続状態が不良（接続不良領域）にな
る。

【００２５】また、半田温度及び浸漬時間が接続良好領
域の場合には、巻線２の端末部２ａの絶縁膜７が溶融さ
れていることが確認できた。さらに、半田温度及び浸漬
時間を接続良好領域とした場合には、図４に示すよう
に、電極５の表面メッキ膜１０は侵食されている。半田
温度及び浸漬時間が接続良好領域で巻線２と電極５との
接続状態が良好になったのは、巻線２の端末部２ａの絶
縁膜７が溶融されるとともに、電極５の表面メッキ膜１
０が侵食され、かつ巻線２の導電体６の構成金属である
銅と、電極５の表面メッキ膜１０の構成金属である錫と
が半田成分と合金を形成したためであると考えられる。
また、これ以外の条件での溶融半田槽への浸漬では、巻
線２と電極５との接続状態が良好とならない。このた
め、巻線２と電極５とを良好に接続するためには、半田
付け条件を接続良好領域内の条件にすればよい。

【００２６】以上の結果から、半田付け条件を非侵食領
域内の条件（図５の非侵食領域）であって、接続良好領
域内の条件（図７の接続良好領域）にすれば、電極５の
下地メッキ膜９を侵食することなく、巻線２と電極５と
を良好に接続することができる。図８に非侵食領域かつ
接続良好領域となる条件を○で示す。図８に示すよう
に、半田温度が３５９℃で浸漬時間が６秒〜８秒、３７
０℃で５秒〜７秒、３８０℃で４秒〜６秒、３９０℃で
３秒〜５秒、４００℃で２秒〜４秒、４１０℃で１秒〜
３秒、４２０℃で１秒〜２秒の溶融半田槽への浸漬によ
り、電極５の下地メッキ膜９を侵食することなく、巻線
２と電極５とを良好に接続することができる。

【００２７】このように、電極５と、巻線２の端末部２
ａとを、無鉛半田で半田付けする場合、半田温度が３５
９℃〜４２０℃、浸漬時間が１秒〜１０秒であって、接
続良好領域、すなわち、巻線２の端末部２ａの導電体６
の構成金属である銅と、表面メッキ膜１０の構成金属で
ある錫とが半田成分と合金を形成可能な半田温度及び浸
漬時間で半田付けを行うことにより、電極５の下地メッ
キ膜９を侵食することなく、巻線２と電極５とを良好な
状態で接続することができる。

【００２８】ところで、環境対策などの一環により、鉛
を除いた成分からなる半田を用いる場合、錫の成分が多
い半田を用いることになる。例えば、鉛を含む半田の場
合には、錫を６３％、鉛を３７％含有するのに対し、鉛
成分を含まない半田の場合には、錫を９０％以上含有す
る。この錫は銅と反応しやすく、錫の含有量が増える
程、銅を侵食しやすい。このような銅を侵食しやすい無
鉛半田を用いた半田付けを行う場合に本発明は特に有効
である。

【００２９】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、巻線２の絶縁膜７を溶融させるとともに、電極５の
下地メッキ膜９が侵食することなく表面メッキ膜１０を
侵食させ、かつ巻線２の導電体６の構成金属である銅
と、電極５の表面メッキ膜１０の構成金属である錫とが
半田成分と合金を形成可能な条件（半田温度及び浸漬時
間）で、巻線２と電極５とを無鉛半田により接続してい
るので、電極５の下地メッキ膜９を侵食することなく、
巻線２と電極５とを良好な状態で接続することができ
る。

【００３０】なお、本発明は、上記の実施の形態に限ら
れず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に
適用可能な他の実施の形態について、説明する。

【００３１】上記実施の形態では、表面メッキ膜１０に
Ｓｎ１００％のメッキ膜を用いた場合を例に本発明を説
明したが、表面メッキ膜１０は錫を主成分とする溶融ま
たは電気メッキ膜であればよく、Ｓｎ−Ｃｕからなるメ
ッキ膜や、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉからなるメッキ膜であって
もよい。

【００３２】例えば、表面メッキ膜１０にＳｎ＋Ｃｕ
１．２％からなるメッキ膜を用いた場合について、巻線
２の絶縁膜７を溶融させるとともに、電極５の下地メッ
キ膜９が侵食することなく表面メッキ膜１０を侵食さ
せ、かつ巻線２の導電体６の構成金属である銅と、電極
５の表面メッキ膜１０の構成金属である錫とが半田成分
と合金を形成可能な条件を説明する。所定の半田温度及
び浸漬時間で、巻線２と電極５とを溶融半田槽に浸漬さ
せた場合について、図９に電極５の線径の変化を示し、
図１０に巻線２と電極５との接続状態を示し、図１１に
非侵食領域かつ接続良好領域となる条件を○で示す。

【００３３】図９に示すように、半田温度が３５９℃〜
３７０℃で浸漬時間が１秒〜１０秒、３８０℃で１秒〜
６秒、３９０℃で１秒〜４秒、４００℃で１秒〜３秒、
４１０℃で１秒〜２秒、４２０℃で１秒の溶融半田槽へ
の浸漬により、電極５の下地メッキ膜９は侵食されな
い。また、図１０に示すように、半田温度が３５９℃で
浸漬時間が６秒〜７秒、３７０℃で５秒〜６秒、３８０
℃で４秒〜５秒、３９０℃で３秒〜４秒、４００℃で２
秒〜３秒、４１０℃で１秒〜２秒、４２０℃で１秒の溶
融半田槽への浸漬により、巻線２と電極５との接続状態
が良好になる。このため、図１１に示すように、半田温
度が３５９℃で浸漬時間が６秒〜７秒、３７０℃で５秒
〜６秒、３８０℃で４秒〜５秒、３９０℃で３秒〜４
秒、４００℃で２秒〜３秒、４１０℃で１秒〜２秒、４
２０℃で１秒の溶融半田槽への浸漬により、電極５の下
地メッキ膜９を侵食することなく、巻線２と電極５とを
良好に接続することができる。

【００３４】上記実施の形態では、単一の導電体６と導
電体６を被覆する絶縁膜７とから構成された巻線２（Ｕ
ＥＷ線）を例に本発明を説明したが、巻線２は単線に限
定されるものではなく、例えば、図１２（ａ）に示すよ
うに、巻線２は複数のＵＥＷ線から構成されたＳ−ＵＥ
Ｗ線３１であってもよい。また、図１２（ｂ）に示すよ
うに、巻線２は、Ｓ−ＵＥＷ線３１を、例えば、テトロ
ン膜のような被覆膜３２で被覆したものであってもよ
い。さらに、図１２（ｃ）に示すように、巻線２は、ポ
リエステル膜のような被覆膜３３で被覆されたＳ−ＵＥ
Ｗ線３１をポリエステル膜３４で被覆し、このポリエス
テル膜３４上を、例えば、ポリアミド膜３５で被覆した
ＴＥＸ線３６であってもよい。また、ＴＩＷ線のよう
に、これら以外の巻線であってもよい。これらの巻線２
であっても、電極５が侵食されず、導電体６と電極５と
を良好に接続することができる。

【００３５】上記実施の形態では、半田にＳｎ＋１Ａｇ
＋４Ｃｕからなる成分の無鉛半田を用いた場合を例に本
発明を説明したが、例えば、Ｓｎ＋１Ａｇからなる成分
の半田であってもよい。この場合、用いられる半田の種
類によって最適な半田温度及び浸漬時間は変化する。

【００３６】いずれの場合でも、良好に半田付けを行う
ためには、図１３に示すように、半田温度をＸ、浸漬時
間（半田付け時間）をＹにとった場合、低温かつ長時間
（図１３の左下）と、高温かつ短時間（図１３の右上）
とを結ぶ一次関数ｙ＝ａｘ＋ｂを軸として所定の広がり
ｃで定義される領域内の条件で半田付けを行う必要があ
る。定数ａ、ｂ、及び広がりｃは、半田付けの対象及び
半田の種類の組み合わせに応じて、実験等により設定さ
れる。

【００３７】上記実施の形態では、巻線２を有するコイ
ル装置１の電極５と巻線２の端末部２ａを溶融半田槽に
浸漬させた場合を例に本発明を説明したが、絶縁膜７に
より絶縁被覆された導電体６と、導電性材料からなる芯
線８に被覆された銅からなる下地メッキ膜９と下地メッ
キ膜９に被覆された錫を主成分とする表面メッキ膜１０
とを備えた電極５と、を半田で接続するものであればよ
く、他の電気部品に用いることが可能である。また、溶
融半田槽に浸漬させる場合の他、例えば、半田を塗布ま
たは付着させた後、加熱処理を行う場合であってもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極の下地メッキ膜及び芯線を露出することなく、導電
体と電極とを良好に接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のコイル装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の巻線の断面構造を示した
模式図である。

【図３】本発明の実施の形態の電極の断面構造を示した
模式図である。

【図４】本発明の実施の形態の半田温度及び浸漬時間
と、電極の線径との状態の関係を示した表である。

【図５】本発明の実施の形態の電極表面の侵食状態の概
念を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態の半田温度及び浸漬時間
と、巻線と電極との接続状態との関係を示した表であ
る。

【図７】本発明の実施の形態の巻線と電極との接続状態
の概念を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態の良好な半田付け条件を示
す図である。

【図９】他の実施の形態の半田温度及び浸漬時間と、電
極の線径との状態の関係を示した表である。

【図１０】他の実施の形態の半田温度及び浸漬時間と、
巻線と電極との接続状態との関係を示した表である。

【図１１】他の実施の形態の良好な半田付け条件を示す
図である。

【図１２】他の実施の形態の巻線の断面構造を示した模
式図である。

【図１３】半田温度と浸漬時間との関係を示したグラフ
である。

【図１４】従来の電極の断面構造を示した模式図であ
る。

【符号の説明】

１ コイル装置 ２ 巻線 ２ａ 端末部 ５ 電極 ６ 導電体 ７ 絶縁膜 ８ 芯線 ９ 下地メッキ膜 １０ 表面メッキ膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ // Ｂ２３Ｋ 101:34 Ｂ２３Ｋ 101:34

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁膜により被覆された導電体と、 導電性材料からなる芯材に被覆された銅からなる下地メ
   ッキ層と、該下地メッキ層に被覆された錫を主成分とす
   る表面メッキ層と、を備えた電極と、を半田で接続する
   半田付け方法であって、 前記絶縁膜を溶融させるとともに、前記下地メッキ層が
   侵食することなく前記表面メッキ層を侵食させ、かつ前
   記導電体の構成金属と前記電極の構成金属とが半田成分
   と合金を形成可能な条件で、前記導電体と前記電極とを
   半田で接続する、ことを特徴とする半田付け方法。
2. 【請求項２】前記半田に錫を主成分とする無鉛半田を用
   いる、ことを特徴とする請求項１に記載の半田付け方
   法。
3. 【請求項３】前記導電体と前記電極とを溶融半田槽に浸
   漬させることにより、前記導電体と前記電極とを半田で
   接続する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の
   半田付け方法。
4. 【請求項４】前記半田付けを、半田温度が３５９℃〜４
   ５０℃、接続時間が１秒〜１０秒であって、前記導電体
   の構成金属と前記電極の構成金属とが半田成分と合金を
   形成可能な半田温度及び接続時間で行う、ことを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半田付け方
   法。
5. 【請求項５】前記導電体は電気部品の巻線であり、該巻
   線の端子を前記電極に接続する、ことを特徴とする請求
   項１乃至４のいずれか１項に記載の半田付け方法。