JP2004181485A - 鉛フリーはんだ合金 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のＳｎ主成分の鉛フリーはんだは、トランスやモーターのコイル部品端部に予備メッキを行うと、溶融はんだに形成される酸化屑がメッキ部に付着し、更に、廃棄される酸化屑が多いものであった。本発明は、４００℃近傍でのはんだの酸化進行を抑制した鉛フリーはんだを提供することにある。。
【解決手段】Ｃｕ３〜８質量％、Ｇａが０．００５〜０．１質量％、Ｐおよび／またはＧｅの合計が０．００１〜０．２質量％残部Ｓｎで液相線温度４２０℃以下である鉛フリーはんだ合金。さらにこれらにＮｉ、Ｃｏのような銅食われ抑制元素を添加したり、Ａｇのような濡れ性改善合金を添加したりする。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鉛フリーはんだ合金、特にコイルの端部のはんだ付けや予備メッキするのに適したＳｎ主成分の鉛フリーはんだ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器にはトランスのようにリード部分に銅細線が巻かれたコイル部品が使われ、またコンピューターのディスクドライブや冷却ファン等のモーターにはやはりコイルを巻いた部品が使われている。これらのコイルは導通をとるため、端部が電子機器やモーターの端子とはんだ付けされる。
【０００３】
一般にコイル部品の銅線は、表面にエナメルが塗装され、さらにその上にポリウレタン樹脂が被覆されているため、このままではコイル端部と端子とは、はんだ付けができない。そこではんだ付けするときには、コイル端部のエナメルやポリウレタン樹脂（以下、被覆材という）を除去しなければならない。この被覆材の除去は、機械的に刃物で剥がすことも考えられるが、機械的除去は手間がかかって生産性が悪い。そこでコイル端部の被覆材の除去は、被覆材を熱で溶かして除去する方法が採られている。被覆材を熱で除去する方法とは、溶融はんだ中にコイル端部を浸漬することにより、溶融はんだの熱で被覆材を溶かして除去するものである。
【０００４】
ところでコイル端部を端子にはんだ付けするときは、良好なはんだ付け部を得るために、コイル端部に予め予備メッキを施しておく。一般にコイル端部の予備メッキは、溶融はんだ中にコイル端部を浸漬することにより行うが、前述の被覆材の除去でもコイル端部を溶融はんだに浸漬することから、この溶融はんだへのコイル端部の浸漬は、被覆材の除去と同時に予備メッキを行うという合理的な作業ができることになる。
【０００５】
コイル端部の被覆材の除去と予備メッキは、コイル端部にフラックスを塗布し、その後、該端部を溶融はんだ中に浸漬する。すると溶融はんだの熱により被覆材が溶け、またコイル端部に塗布したフラックスが浸漬したコイル端部の周囲に浮く。従って、被覆材が除去され、銅線が露出したところにフラックスが作用して、溶融はんだが銅線に金属的に接合する。
【０００６】
コイル端部の予備メッキとして、従来はＰｂ−Ｓｎはんだを使用していたが、Ｐｂ−ＳｎはんだはＰｂ公害のため使用が規制されるようになってきたことから、近時はＰｂを含まない鉛フリーはんだを使用するようになってきた。コイル端部のはんだ付けの場合、被覆材を溶解、除去するため溶融はんだの温度を４００℃近傍としなければならない。鉛フリーはんだにおいて溶融はんだの温度を高くすると、溶融はんだ表面の酸化が進行して大量の酸化物が発生する。該酸化物の大量発生は、はんだ付け部に付着する量も多くなって製品の外観特性を低下させるとともに、高価な鉛フリーはんだが酸化して廃棄されるため経済的にも好ましいものではない。
【０００７】
鉛フリー合金の酸化物抑制対策としては、Ｐ、Ｇｅの添加が２５０℃近傍において有効であることが報告されている（例えば文献１参照）。またＳｎ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金にやはり酸化物抑制策としてＧｅを入れたもの（例えば文献２）やＧａを入れたもの（例えば文献３）がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−７７３６６号公報（第２頁０００９）
【特許文献２】
特開平１１−７７３６７号公報（第３頁００２３）
【特許文献３】
特開平１０−２９１０８７号公報（第３頁０００６）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、溶融はんだ表面の酸化が進行する要因は、はんだ表面に形成される酸化物の主成分がＳｎであり、該Ｓｎが大気中の酸素で容易に酸化して、それが進行するためと考えられる。Ｐ、Ｇｅ、Ｇａを単独で添加した従来の酸化抑制鉛フリーはんだでは、２５０℃近傍において酸化は抑制されるが、４００℃近傍では酸化の抑制効果は得られない。本発明は、４００℃近傍で酸化抑制効果を示す鉛フリーはんだ合金を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ｓｎ主成分に対して、Ｐ、Ｇｅ、Ｇａは２５０℃近傍において単独の添加で酸化抑制効果があるが、Ｇａを添加したものに、さらにＰおよび／またはＧｅを添加すると、Ｇａとの相乗作用で４００℃近傍でも耐酸化抑制効果があることを知り、本発明を完成させた。
【００１１】
請求項１は、主成分がＳｎであり、Ｃｕが３〜８質量％、Ｇａが０．００５〜０．１質量％、およびＰ、Ｇｅのうちの少なくとも１種以上が０．００１〜０．２質量％添加されているとともに液相線温度が４２０℃以下であることを特徴とする鉛フリーはんだ合金である。
【００１２】
請求項２は、銅食われ抑制元素が添加されていることを特徴とする請求項１の鉛フリーはんだ合金である。
【００１３】
請求項３は、前記銅食われ抑制元素として、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種以上が０．０１〜３質量％添加されていることを特徴とする請求項２記載の鉛フリーはんだ合金である。
【００１４】
請求項４は、濡れ性改善元素が添加されている請求項１〜３記載の鉛フリーはんだ合金である。
【００１５】
請求項５は、前記濡れ性改善元素として、Ａｇが０．００５〜２質量％添加されていることを特徴とする請求項４記載の鉛フリーはんだ合金である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
コイルの被覆材であるエナメルやポリウレタン樹脂の被覆材を除去する場合、４００℃近傍まで加熱しなければならない。溶融はんだに物品を浸漬してはんだ付けする場合の温度は、部品の熱容量にもよるが、液相線温度＋２０〜５０℃で行うのが一般的である。しかしながら、はんだ付け温度が４７０℃以上になると、コイル端部を溶融はんだに浸漬したときに被覆材が瞬時に炭化してコイル端部に付着し、これがはんだの金属的接合を妨げるようになる。そこでコイル端部の予備メッキに使用するはんだ合金は、はんだ付け温度が４７０℃以下となるように、はんだ液相線温度４２０℃以下のはんだ合金が望ましい。またはんだ付け温度が４７０℃以上になると、銅食われが激しくなってしまう。
【００１７】
本発明の鉛フリーはんだ合金では、銅食われ防止効果のあるＣｕが３質量％よりも少ないと銅食われ防止の効果が現れず、しかるにＣｕを８質量％よりも多く添加すると、液相線温度が４２０℃以上となり、銅食われが激しくなるとともに、はんだ付け性が悪くなる。
【００１８】
本発明の鉛フリーはんだ合金はＳｎ−Ｃｕ系合金に対してＧａを添加するとともにＰおよび／またはＧｅを添加することで従来のＳｎ−Ｃｕはんだ合金よりも耐酸化性を改善したものである。Ｇａは０．００５質量％より少ない添加では酸化抑制効果が現れず、しかるに０．１質量％よりも多くなると、はんだ付け性を阻害するようになる。
【００１９】
Ｇａを添加したＳｎ−Ｃｕ系合金にＰ、Ｇｅを１種以上同時に添加すると高温時における酸化抑制効果が現れる。ここでのＰ、Ｇｅの添加量は、それぞれ単独，或いは同時の添加でも添加量が０．００１質量％より少ないと高温での酸化抑制効果が現れず、０．２質量％を超えて添加されるとＧａ同様はんだ付け性を阻害するようになる
【００２０】
Ｓｎ−Ｃｕ系合金では４００℃近傍における銅食われが激しいため、銅食われ防止効果のあるＣｏやＮｉを１種以上添加しておくこともできる。ＮｉとＣｏは添加量が０．０１質量％よりも少ない添加では、その効果が現れず、しかるにＮｉ、Ｃｏの添加量が各々３質量％を超えて添加すると液相線温度が本発明が目的とする４２０℃を超えてしまう。
【００２１】
溶融はんだにコイル端部を浸漬したときに、溶融はんだはコイル端部の浸漬した部分まで十分に濡れなければならないが、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｇａ−Ｐ／Ｇｅ系鉛フリーはんだは濡れ性が十分でなく、溶融はんだに浸漬した部分まで濡れなかったり、未はんだが発生したりすることがある。このような場合、濡れ性改善元素を添加してもよい。濡れ性改善元素としてはＡｇがある。Ａｇの添加が０．０５質量％よりも少ないと濡れ性向上効果が現れず、しかるに２質量％より多く添加しても、それ以上の効果は期待できないばかりでなく、高価なＡｇの大量の添加は経済的に好ましいものではない。
【００２２】
【実施例】
本発明の実施例と比較例を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１の説明
酸化物発生量：はんだ槽の中ではんだを４４０℃の温度で溶融状態にしておく。次に、３０秒毎にはんだ表面に形成された酸化被膜を７回掻き取りその重量の合計を測定する。
【００２５】
実験結果からも明らかなように、本発明の鉛フリーはんだ合金は、従来のＰ、Ｇｅ、Ｇａを単独に添加したＳｎ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金よりも４００℃近傍での酸化物の発生量が少なく酸化が抑制されていることが分かる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鉛フリーはんだ合金は酸化が容易に進行するＳｎ主成分であるにもかかわらず、酸化の進行が抑制され、メッキ表面への酸化屑のの付着を防ぎ、さらに廃棄処分される酸化屑を減少できるばかりでなく、生産コストを抑制できるという従来のＳｎ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金にない優れた効果を奏するものである。

Claims (5)

1. 主成分がＳｎであり、Ｃｕが３〜８質量％、Ｇａが０．００５〜０．１質量％、およびＰ、Ｇｅのうちの少なくとも１種以上が０．００１〜０．２質量％添加されているとともに液相線温度が４２０℃以下であることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。
2. 銅食われ抑制元素が添加されていることを特徴とする請求項１の鉛フリーはんだ合金。
3. 前記銅食われ抑制元素として、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種以上が０．０１〜３質量％添加されていることを特徴とする請求項２記載の鉛フリーはんだ合金。
4. 濡れ性改善元素が添加されている請求項１〜３記載の鉛フリーはんだ合金。
5. 前記濡れ性改善元素として、Ａｇが０．００５〜２質量％添加されていることを特徴とする請求項４記載の鉛フリーはんだ合金。