JP2007021583A - 腐食防止層の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食防止層の成形方法は、特に鉛フリーソルダーが示す高い腐食性に対抗できる腐食防止層の成形方法を提供する。
【解決手段】 腐食防止層の成形方法では、先ず金属表面を有する対象物を用意し、次に酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物などのセラミックス材料を準備し、セラミックス材料を当該対象物の金属表面に付着し、最後に当該セラミックス材料と当該対象物の金属表面との間の結合を完成させる。上記の対象物は、半田槽、半田槽の周辺の品物または温度感知バーなどである。
【選択図】図２

Description

本発明は、腐食防止層の成形方法に関し、特に鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対して研究された腐食防止層の成形方法により半田槽や半田槽の周辺品物、さらに温度感知バーに応用される方法に関するものである。

伝統的な半田錫鉛合金ソルダーは、機械の性質、半田付けの相容性、潤湿性およびボンディング特性などが何れも優れ、且つコストが低く、また成分の調整により沢山の異なる高、中、低融点のソルダーを作製でき、例えば、周知の電子パッケージ・ボンディング材料としてこれまで広範に使用されている。

然しながら、ソルダー成分中に含有される鉛は、人体の健康に対する損害が極めて大きいため、世界の各国は関連する法令を積極的に補正し、鉛含有材料の使用を禁止し、関連する研究機構は、何れも鉛フリーソルダーの研究に積極的を行っている。過去の数年の研究成果から見れば、大部分が鉛フリーの新たなソルダーの開発に集中しており、鉛フリーの要求を満たすことができたものの、高い腐食性の問題が生じ、半田槽（一般な半田槽と噴流式半田槽などを含む）または半田槽の周辺品物などが当該鉛フリーソルダーにより腐食されることがあり、適切な解決策が要求されている。

例を挙げると、図１で示す台湾特許ＴＷ４２１０９４号で既に公開された半田槽の構造では、半田槽１の外側にモーター１２を一つ設け、当該モーター１２が一つのベルト１３により、半田槽１の開口エッジ箇所に架設された一つの回転軸１４を動かして回転し、当該半田槽１の内側に一つのバイパス槽１５をさらに設置し、当該回転軸１４の一端が半田槽１の内へ向かって伸ばし込み、当該バイパス槽１５の上に一つのフローライン１６をさらに設置する。当該未図示の固定ホルダーの上に設置されたモーター１２は、ベルト１３により、回転軸１４を動かして回転でき、また当該バイパス槽１５はバイパス槽１５の内からソルダーを流れ出し、且つフローライン１６を経由してはみ出し、その後に再び基板上に架設された回路基板（未図示）と接触することにより、ホルダーの効果を達成できる。

例えば当該従来の特許が鉛フリーソルダーを使用する時になれば、その半田槽１が鉛フリーソルダーにより腐食されやすいだけではなく、例えば鉛フリーソルダーと接触する如何なる半田槽の周辺品物（例えば噴流式半田槽内で使用される攪拌ブレード又はバイパス槽１５とフローライン１６など）は何れも鉛フリーソルダーにより腐食される。

Sn−Cu、Sn−Bi、Sn-Ag-Cuの鉛フリー合金の波打ち状ソルダーに関する研究および表示について、これらの鉛フリーソルダーの主要な問題は、半田付けのスループットが悪いこと、ソルダー塊の剥離（filletlifting）、ＰＣＢ素子上におけるソルダーの潤湿性が不良であること、ソルダー滓量が増加すること、連続な製造過程中における合金成分の変更と汚染、半田槽の金属の溶出、および十分な予熱能力に欠ける設備は殆ど３００シリーズのステンレス鋼を半田槽の材料としているが、一部の製造業者は、特殊な処理をし、他の製造業者は、ねずみ鋳鉄（Gray cast iron）を材料とする。一般な正常の使用条件下では、鉛錫ソルダーの半田槽の寿命が５〜６年間に達することが出来る。鉛フリーソルダーは、より高い錫含有量を具し、また操作温度が伝統な錫鉛合金よりも５０℃ぐらい高くなるため、溶融した錫がステンレス鋼表面の酸化クロム保護層を侵害し且つ溶解しやすくなり、半田槽の金属が次第に溶融したソルダーの中に溶入し、最後に半田槽の腐食、ひいては突き抜け、クラックをもたらす。即ちこれが鉛フリーソルダーが高い腐食性を引き起こす原因の一つである。

従って、高い腐食性を具する鉛フリーソルダーについて、どのように半田槽（一般な半田槽と噴流式半田槽など）、半田槽の周辺品物または温度感知バーなどに腐食防止機能を付与すること、本願発明者の克服し且つ解決しようとする大きな課題である。

本発明の腐食防止層の成形方法は、主としてセラミックス材料を、所定の対象物の全部または一部分の金属表面に付着することにより、鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対抗できる腐食防止層を成形し、これにより対象物の使用寿命が低下することを防ぐ。

前記の諸問題を解決するために、本発明は、腐食防止層の成形方法を提供するものであり、鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対抗するように用いられる。この腐食防止層の成形方法は、金属表面を備えた対象物に対して、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物を具するセラミックス材料を用意し、当該セラミックス材料を当該対象物の金属表面に付着させて、当該セラミックス材料と当該対象物の金属表面との間に結合を生成することとである。

また、本発明は、加熱パイプを備えた半田槽に対して腐食防止層の成形方法を提供するものであり、鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対抗するように使用される。この方法にあっては、半田槽を用意する。当該半田槽は多数の金属の内壁を具し、相対向する内壁の間に多数の中空の金属製外パイプが延出し、各外パイプの中に加熱パイプが挿入される。酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物を具するセラミックス材料を用意し、当該セラミックス材料を当該半田槽の内壁と当該外パイプの外パイプ壁に付着させて、当該セラミックス材料を当該半田槽の内壁、及び当該外パイプの外パイプ壁に結合させる。

本発明の特徴および技術内容をより理解するために、以下の本発明に関する詳細な説明及び添付の図面を参照する。

図２〜図４に示すように、本発明は腐食防止層の成形方法を提供し、鉛フリーソルダーのより高い腐食性に対抗するように用いられるものであり、第１から第３の実施例を有する。第１の実施例は既存の対象物に当該腐食防止層を成形するもので、第２の実施例は予定の対象物の製造および加工を含み、第３の実施例は多数の加熱パイプを備えた半田槽に当該腐食防止層を成形するものである。
＜第１の実施例＞

図２に示すように、既存の対象物上に当該腐食防止層を成形する。当該腐食防止層の成形方法は、金属の表面を有する対象物を用意し、（ステップＳ２０１）と、次に再び当該対象物の金属表面にセラミックス材料を一つ付着すること（ステップＳ２０３）とで構成される。当該セラミックス材料は酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物などであり、最後に当該セラミックス材料と当該対象物の金属表面との間に結合を生じさせる（ステップＳ２０５）。これにより、当該対象物の金属表面上にセラミックス材料からなる腐食防止層を成形する。

当該セラミックス材料と金属表面との間に結合を生成する方式は、先ず既に付着されたセラミックス材料を乾燥し、また当該対象物と当該対象物上のセラミックス材料に対し熱処理を行うことにより焼きつけ、セラミックス材料が金属表面にしっかりと付着することを可能して剥離しにくくさせる。当該セラミックス材料は、当該対象物の全部または一部分の金属表面に付着され、いわゆる当該対象物の一部分の金属表面は、当該対象物が鉛フリーソルダーと接触する如何なる部分を言うものである。

さらに当該対象物は半田槽（一般な半田槽と噴流式半田槽など）、半田槽の周辺品物または温度感知バーなどであってもよい。そして当該周辺品物は、バイパス槽、フローライン、ノズル又は噴流式半田槽用の攪拌ブレードなどで、これらが何れも本発明の方法を応用することにより腐食防止層を成形できる。

当該セラミックス材料について、これが液体状またはペースト状であってもよく、従ってこれにより、スプレー、撒き散らし、塗布、拭きの方式にて当該対象物の金属表面（または一部分の金属表面）に付着でき、さらにプラズマ・スパッターリング、サーマル・スパッターリング又はスラリー塗布の方式により当該対象物の金属表面に付着でき、当該セラミックス材料も硬い塊状または乾板状であってもよく、従って粘着、貼り付けの方式により当該対象物の金属表面（または一部分の金属表面）に付着できる。その中でも、プラズマ・スパッターリング又はサーマル・スパッターリングにより製造された腐食防止層は、更なる熱処理を行う必要がない。各種の人工塗布または機械塗布方式によるセラミックス・スラリー塗布層は、熱処理を経由する必要があることにより、セラミックス・スラリー塗布層を鋼材の表面上に焼付けることにより、腐食防止層を成形し、焼付ける前に塗布された対象物は、乾燥炉により、６０乃至１２０℃の熱空気または１５０乃至２５０℃の輻射乾燥にて、乾燥を５乃至２５分間行い、底部のセラミックス・スラリー焼成温度が一般に６００乃至１０００℃の間で、表面セラミックス・スラリー焼成温度が７００乃至２０００℃の間で、甚だしきに至ってはセラミックス（粉末）材料の焼結温度以上までにも加熱できる。
＜第２の実施例＞

図３に示すように、本実施例では、予定の対象物の製造および加工を含む。本実施例に係る腐食防止層の成形方法は、先ずステンレス鋼板を一つ用意する（ステップＳ３０１）。このステンレス鋼板は例えばSUS301、SUS304とSUS316などのオーステナイト・フェライト系鋼板であってもよく、再び当該ステンレス鋼板を利用して予定の対象物を一つ加工する（ステップＳ３０３）。当該予定の対象物が半田槽、半田槽の周辺品物または温度感知バーであってもよく、そしてその加工設備がプレス、溶接機などであってもよく、次に再び加工して製造された当該予定の対象物を洗浄する（ステップＳ３０５）ことにより、腐食防止層の付着に寄与する。この洗浄設備は洗浄槽などであってもよく、次に当該予定の対象物の全部または予定の部分に対し表面処理を行い（ステップＳ３０７）、当該予定対象物の予定部分が当該予定対象物の鉛フリーソルダーと接触する如何なる部分を言い、表面処理を行うに際しては、セラミックス材料層を用意する。当該セラミックス材料層は例えば酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物などの各種なセラミックス材料を含み、対象物の表面処理は表面処理設備を利用して行い、当該セラミックス材料を当該予定対象物の全部または予定部分に付着させる（ステップＳ３０９）。その付着の目的を達成するためには、セラミックス付着ツール又はセラミックス付着設備を使用するもので、付着されたセラミックス材料を乾燥するまでに待ち（ステップＳ３１１）、乾燥炉を使用しようして乾燥させ、最後に当該既にセラミックス材料が付着した予定対象物に対して熱処理を行うことにより焼成し（ステップＳ３１３）、当該セラミックス材料を当該予定の表面に結合させる。これにより当該予定対象物の表面上にセラミックス材料から構成された腐食防止層を成形するものであり、熱処理には加熱炉を使用できる。
＜第３の実施例＞

図４に示すように参照するが、これが多数の加熱パイプ２３を具する半田槽２に当該腐食防止層４、４ａを成形するものである。当該腐食防止層の成形方法は、先ず半田槽２を用意する。半田槽２は多数の金属の内壁２１を具し、相対向する内壁２１の間に多数の中空の金属の外パイプ２２が延出し、各外パイプ２２の中空箇所に加熱パイプ２３が挿入される。酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物などを具するセラミックス材料（未図示）を用意し、次に当該セラミックス材料を当該半田槽２の内壁２１と当該外パイプ２２の外パイプ壁に付着させ、最後に当該セラミックス材料を当該半田槽２の内壁２１と結合させて、図に示す腐食防止層４を成形すると共に、セラミックス材料を当該外パイプ２２の外パイプ壁に結合させて、図に示す腐食防止層４ａを成形し、当該半田槽２の内壁２１と当該外パイプ２２の外パイプ壁上にセラミックス材料から構成された腐食防止層４、４ａを成形する。

当該セラミックス材料と当該半田槽２の内壁２１との間および当該外パイプ２２の外パイプ壁との間で結合させる方式は、先ず既に付着されたセラミックス材料を乾燥し、再び当該多数の外パイプ２２を具する半田槽２と当該半田槽２上におけるセラミックス材料および外パイプ２２上におけるセラミックス材料に対し、熱処理を行うことにより焼成し、セラミックス材料が半田槽２の内壁２１と外パイプ２２の外パイプ壁にしっかりと付着することを可能して剥離しにくくさせる。当該セラミックス材料は、当該半田槽２の全部または一部分の金属の内壁２１に付着され、いわゆる当該半田槽２の一部分の金属の内壁２１は、当該内壁２１が鉛フリーソルダーと接触する如何なる部分を言うものである。

さらに、当該半田槽２の内に温度感知バー３を一つ差し込み、前記のセラミックス材料も当該温度感知バー３の上に付着され、当該温度感知バー３と当該セラミックス材料との間に結合を起こすことにより、図に示す腐食防止層４ｂを成形する。上述の通り、半田槽２内で温度感知バー３が鉛フリーソルダーと接触するだけではなく、例えば半田槽２に応用された多数の周辺品物も何れも鉛フリーソルダーと接触する。このため、バイパス槽、フローライン、ノズル又は噴流式半田槽に用いられる攪拌ブレードなどを含む周辺品物も何れも本発明の方法を応用することにより腐食防止層を成形できる。

当該セラミックス材料について、これが液体状またはペースト状であってもよく、従ってスプレー、撒き散らし、塗布、拭きの方式により当該半田槽２の内壁２１（または一部分の内壁）と当該外パイプ２２の外パイプ壁に付着でき、さらにプラズマ・スパッターリング、サーマル・スパッターリング又はスラリー塗布の方式により当該半田槽２の内壁２１（または一部分の内壁）と当該外パイプ２２の外パイプ壁に付着できる。また、セラミックス材料は硬い塊状または乾板状であってもよく、粘着、貼り付けの方式により当該半田槽２の内壁２１と当該外パイプ２２の外パイプ壁に付着できる。その中でも、プラズマ・スパッターリング又はサーマル・スパッターリングにより製造された腐食防止層は、より熱処理する必要がない。各種の人工塗布または機械塗布方式によるセラミックス・スラリー塗布層は、熱処理を経由する必要があることにより、セラミックス・スラリー塗布層を鋼材の表面上に焼付けることにより、腐食防止層を成形し、焼付ける前に塗布された半田槽は、乾燥炉により、６０乃至１２０℃の熱空気または１５０乃至２５０℃の輻射乾燥にて、乾燥を５乃至２５分間行う。底部のセラミックス・スラリー焼成温度は一般に６００乃至１０００℃の間で、表面セラミックス・スラリー焼成温度が７００乃至２０００℃の間であり、セラミックス（粉末）材料の焼結温度以上までにも加熱できる。

前記の通りの第１〜第３の実施例は、何れも成形された腐食防止層により鉛フリーソルダーが示す高い腐食性に対抗でき、使用の寿命を低減することがない。当該第１〜第３の実施例中におけるセラミックス材料は、その主成分がSiO₂、Al₂O₃、B₂O₂、Na₂O、K₂O、Li₂O、CaO、及びCoO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂、SiC、AlNとNiOを含む混合物であり、本発明の方法により成形された腐食防止層が対象とする鉛フリーソルダーは、例えばSn-Ag-Cu、Sn−CuまたはSn-Agなどの錫ベースの各鉛フリーソルダーである。
＜発明の特徴および利点＞
環境保護の原因により腐食性が高い鉛フリーソルダーを使用しても、本発明の方法により、鉛フリーソルダーと接触できる半田槽、半田槽の周辺品物または温度感知バーなどの対象物上に、腐食防止層を成形でき、これにより鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対抗し、鉛フリーソルダーが当該各対象物を侵食し或いは腐食しにくく、当該各対象物の使用寿命を低減することがない。

次に鉛フリーソルダーにより腐食されやすいステンレス鋼について、本発明の方法によりステンレス鋼の表面または一部分の表面に腐食防止層を成形した後に、５００℃の高温で且つ鉛フリーソルダーを連続的に接触して１、０００時間に達する場合では、依然として腐食現象が発生しない。勿論、操作温度が僅か約２６０℃ぐらいである一般な噴流式半田付けでは、、腐食反応が発生することが無く、より長い使用寿命が発揮できる。

以上の叙述を総合すると、本発明により提供された腐食防止層の成形方法は、鉛フリーソルダーに接触する各種の対象物が腐食しやすい重大な問題を、確かに解決でき、高度な産業利用価値を具する発明方法にをもたらすものであり、さらに鉛フリーソルダーと接触する必要がある如何なる対象物にも適用でき、優れた進歩性を有するものである。。

以上の叙述は、本発明のより好ましい実行可能な実施例を説明するためのものであって、これにより本発明の特許請求の範囲を限定するわけではなく、例えば本発明の明細書および図面の内容に基づく等価な変更態様は何れも本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

従来の半田槽の外観の模式図である。 本発明の腐食防止層の成形方法の第１のフローチャートである。 本発明の腐食防止層の成形方法の第２のフローチャートである。 本発明の腐食防止層の成形方法をある半田槽に応用する断面模式図である。

符号の説明

１ 半田槽
２ 半田槽
３ 温度感知バー
４ 腐食防止層
４ａ 腐食防止層
４ｂ 腐食防止層
１２ モーター
１３ ベルト
１４ 回転軸
１５ バイパス槽
１６ フローライン
２１ 内壁
２２ 外パイプ
２３ 加熱パイプ

Claims (17)

1. 鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対抗するために用いられる方法であって、金属の表面を備えた対象物に対して、
   酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物を具するセラミックス材料を用意し、
   当該セラミックス材料を当該対象物の金属表面に付着させて、
   当該セラミックス材料と当該対象物の金属表面との間に結合を生成することとを特徴とする腐食防止層の成形方法。
2. 当該セラミックス材料は、液体状またはペースト状で、且つ当該セラミックス材料がスプレー、撒き散らし、塗布、拭き、浸漬の方式により当該対象物の金属表面に付着されることを特徴とする請求項１に記載の腐食防止層の成形方法。
3. 当該セラミックス材料は、硬い塊状または乾板状で、且つ当該セラミックス材料が粘着、貼り付けの方式により当該対象物の金属表面に付着されることを特徴とする請求項１に記載の腐食防止層の成形方法。
4. 当該セラミックス材料の主成分は、SiO₂、Al₂O₃、B₂O₂、Na₂O、K₂O、Li₂O、CaO、及びCoO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂、SiC、AlNとNiOを含む混合物であることを特徴とする請求項１に記載の腐食防止層の成形方法。
5. 当該鉛フリーソルダーは、錫ベースの鉛フリーソルダー、例えばSn-Ag-Cu、Sn−CuまたはSn-Agであることを特徴とする請求項１に記載の腐食防止層の成形方法。
6. 当該セラミックス材料は、当該対象物の一部分の金属表面に付着され、当該一部分の金属表面が鉛フリーソルダーと接触することを特徴とする請求項１に記載の腐食防止層の成形方法。
7. 当該対象物は、温度感知バー、半田槽または半田槽の周辺品物であることを特徴とする請求項１に記載の腐食防止層の成形方法。
8. 当該半田槽の周辺品物は、バイパス槽、フローライン、ノズル又は攪拌ブレードであることを特徴とする請求項７に記載の腐食防止層の成形方法。
9. 鉛フリーソルダーが有する高い腐食性に対抗するために用いられる方法であって、半田槽を用意し、当該半田槽が多数の金属の内壁を具し、対向する内壁の間に多数の中空の金属の外パイプが延出し、各当該外パイプの中空箇所に加熱パイプが挿入され、
   酸化物、窒化物、炭化物、硼化物または当該酸化物、窒化物、炭化物と硼化物の混合物を具するセラミックス材料を用意し、
   当該セラミックス材料を当該半田槽の内壁と当該外パイプの外パイプ壁に付着させ、、
   当該セラミックス材料を当該半田槽の内壁との間および当該外パイプの外パイプ壁との間に結合させることを特徴とする腐食防止層の成形方法。
10. 当該セラミックス材料は、液体状またはペースト状で、且つ当該セラミックス材料がスプレー、撒き散らし、塗布、拭きの方式により当該半田槽の内壁と当該外パイプの外パイプ壁に付着されることを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
11. 当該セラミックス材料は、硬い塊状または乾板状で、且つ当該セラミックス材料が粘着、貼り付けの方式により当該半田槽の内壁と当該外パイプの外パイプ壁に付着されることを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
12. 当該セラミックス材料の主成分は、SiO₂、Al₂O₃、B₂O₂、Na₂O、K₂O、Li₂O、CaO、及びCoO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂、SiC、AlNとNiOを含む混合物であることを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
13. 当該鉛フリーソルダーは、錫ベースの鉛フリーソルダー、例えばSn-Ag-Cu、Sn−CuまたはSn-Agであることを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
14. 当該セラミックス材料は、当該半田槽の一部分金属の内壁に付着され、当該一部分金属の内壁が鉛フリーソルダーと接触することを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
15. 当該半田槽内に温度感知バーが差し込まれ、前記のセラミックス材料が当該温度感知バーの上に付着され、当該温度感知バーと当該セラミックス材料との間に結合を生じさせることを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
16. 当該半田槽内にも多数の周辺品物を設けることを特徴とする請求項９に記載の腐食防止層の成形方法。
17. 当該半田槽の周辺品物は、バイパス槽、フローライン、ノズル又は攪拌ブレードであることを特徴とする請求項１６に記載の腐食防止層の成形方法。

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