JP2012016740A - はんだ槽への追加供給用はんだ形状及びはんだ組成調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ槽中の溶融はんだ組成の効率的な調整方法を提供する。
【解決手段】Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末を主成分とし、そのＳｎ粉末及び／又はＺｎ粉末に調整する成分の金属粉末を添加混合した後、圧縮、固化し、所要の形状に成形した鉛フリーはんだ（以下、ペレットという。）を調製して追加供給用鉛フリーはんだペレットとすることにより、製造時の高温溶解作業を解消することが可能となり、短時間で鉛フリーはんだペレットを得ることができる。また、上記方法にて得られた鉛フリーはんだペレットを用いて、ディップはんだ槽中の溶融はんだ組成を調整する際も、投入する鉛フリーはんだペレットが各組成の粉末を結合した状態であるために、従来の溶解後鋳込む製法にて製造された合金（インゴット）と比較して短時間で溶解してはんだ成分の調整が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛フリーはんだの形状に関し、特にディップはんだにおいて、はんだ槽中の組成を適正にコントロールするための追加供給用はんだ等の形状と製造方法、及びそれを用いて行うはんだ槽中のはんだ組成のコントロール方法に関するものである。

一般にはんだ付けを行う方法として、鏝付け法、リフロー法及びフロー法が挙げられる。鏝付け法とは、やに入りはんだ等を用いて、はんだ鏝でやに入りはんだを溶かしながらはんだ接合部のはんだ付けを行う方法である。リフロー法は、はんだ粉末とフラックスからなるはんだペースト等をはんだ接合部に塗布した後、加熱装置で加熱してはんだペーストを溶融させて、はんだ付けを行う方法である。フローはんだ付け法は、はんだ槽内にはんだを溶融させて、当該溶融はんだにはんだ接合部を浸漬させてはんだ付けを行う方法である。

電子機器の多くは、部品の特性や作業性を考慮して、鏝付け法、フロー方法及びリフロー方法を選択し、又は其々の方法を組合せてはんだ付けが行なわれている。
そして、近年、はんだ付けに用いられるはんだ組成の多くは環境面を考慮した鉛フリーはんだよりなり、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系やＳｎ-Ｃｕ系組成からなる鉛フリーはんだが多く用いられている。
ところで、フロー方法の場合、電子機器に用いられている基板の電通部がＣｕになっている場合が多く、フローはんだ付けを長時間、多数行なっていると、はんだ槽内の溶融はんだ中に基板中のＣｕが溶出して、はんだ組成中のＣｕ濃度が上昇して、溶融はんだの成分調整が必要となる。

そこで、出願人は、特許文献１にディップはんだ槽中の銅濃度を制御する方法及び補給用のはんだ組成について、特許文献２にははんだ槽への追加供給用鉛フリーはんだ組成及びはんだ浴中のＣｕ濃度及びＮｉ濃度調整方法を其々開示した。
そして、開示した方法において、はんだ槽中のＣｕやＮｉ濃度の制御を行うことが可能となり、はんだ付け現場において多く実施されている。
しかし、ＣｕやＮｉ濃度調整用の追加供給用はんだ合金は、Ｃｕ又はＮｉ等の成分含有量が多くなると融点が高くなり、追加供給用はんだ合金の製造工程やはんだ槽へ追加供給用はんだを投入してＣｕやＮｉ濃度調整を行う場合に、溶融しているはんだ温度（約２５０℃付近）よりもかなり高温で混合溶解する必要がある。例えば、追加供給用はんだ合金の製造工程においては８００℃以上に加熱して溶解しなければならないという作業上の問題点を有していた。

また、Ｓｎ-Ｃｕ-Ｎｉに例示される３元はんだ等において、はんだ合金を製造する際に、先ずＳｎ-Ｎｉの母合金を予め設け、Ｓｎ-Ｃｕ組成の溶解はんだ中に前記母合金を添加混合して均一に溶解させてＳｎ-Ｃｕ-Ｎｉ３元素鉛フリーはんだ等を得るという方法がある。
そして、母合金を製造し、Ｓｎ-Ｃｕ組成の溶解はんだ中に当該母合金を添加混合して均一に溶解させる場合も、当該母合金は、はんだ付け時のはんだ組成中のＮｉ濃度に比べ高濃度のＮｉを含有させるため、当該母合金の製造工程においてＮｉを溶解させる際に数百度の高温に加熱して作業を行なっており、作業上の安全性において問題を有している。

特開２００１−２３７５３６号公報 国際公開２００７−０１０９２７号公報

本発明は、はんだ合金のはんだ槽中のはんだ組成を調整するための追加供給用はんだや母合金の製造に関して効率的且つ安全な作業方法の提供、及び当該作業方法にて得た追加供給用はんだや母合金を用いて行うはんだ槽中の溶融はんだ組成の調整等において効率的な調整方法の提供を課題とする。

本発明者は、上記発明の課題を解決すべく鋭意検討した結果、Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末を主成分とし、そのＳｎ粉末及び／又はＺｎ粉末に調整する成分の金属粉末を添加混合した後、圧縮、固化し、所要の形状に成形した鉛フリーはんだ（以下、ペレットという。）を調製して追加供給用鉛フリーはんだペレットとすることにより、製造時の高温溶解作業を解消することが可能となり、短時間で鉛フリーはんだペレットを安全に得ることができる。
また、ペレットに圧縮成形する際、押し型や金型を加工して模様や印字等の加工を施すことも可能である。
一方、ペレット作製時の圧縮工程に印加による加熱焼成等の処理をすることによりペレットの強度を向上させることが可能となる。
そして、上記方法にて得られた鉛フリーはんだペレットを用いて、はんだ槽中の溶融はんだ組成を調整する際に、投入する鉛フリーはんだペレットが各組成の粉末を結合した状態であるために、従来の溶解後鋳込む製法にて製造された合金（インゴット）と比較して短時間ではんだ槽中のはんだに溶解して成分の調整が可能となる。

本発明によると、追加供給用鉛フリーはんだや母合金を製造する際、鉛フリーはんだ粉末を圧縮等の処理により固化し、所要の形状に成形するため、高温で溶解する工程を用いないため、効率的且つ安全に製造することが可能である。
また、はんだ槽中の溶融はんだの組成を調整する場合やＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ等の高融点元素を添加した鉛フリーはんだ合金の母合金を製造する場合において、高融点元素を溶解するための高温加熱工程を行う必要がないため、短時間で安全に成分調整作業や製造作業が行なえる。

本発明に用いるＳｎ粉末及び／又はＺｎ粉末、及び添加元素粉末を均一に混合し金型に投入した状態を表した図。 本発明の鉛フリーはんだペレットの状態を表した参考図。 本発明の鉛フリーはんだペレットの成形方法を例示した図。

以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明に用いることができるはんだ粉末の組成は特に制限はなく、主成分とする粉末組成はＳｎ及び／又はＺｎ粉末である。そして、Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末の粒径も本発明の効果を有す範囲において制限はなく、溶解性を考慮すると微細なほど好ましいが、コスト面を考慮すると１０μｍ〜５０μｍ程度でも特段の問題はない。また、形状も特に制限はない。

本発明に用いることができる添加元素粉末は、Ｓｎよりも融点が高い元素であるならば特に制限はなく、粉末の粒径や形状も本発明の効果を有す範囲において特に制限はない。そして、Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末との混合する割合についても特に制限はない。
添加元素を例示すると、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｓｂ，Ｂｉ等が挙げられ、その内の１種又は２種以上を選択して添加することも可能である。

次に、ペレットの調製方法について説明する。
図１に示すように、金型４にＳｎ粉末及び／又はＺｎ粉末３と添加元素２を其々所定の比率で混合する。その後、図３に示すように押し型５の上部より圧力６を加えて粉末混合物１を圧粉してペレットに成形する。成形後、金型４より取出すことによってペレット内部はＳｎ粉末と添加元素粉末が粉末状態を確保したままで固化、成形されて図２で示すペレット７となる。
そして、ペレットに成形する際の金型形状やサイズ、圧粉時のプレス条件等に関しても、ペレット成形が保持でき、はんだ槽に投入後は容易に溶解可能であれば任意に形状、サイズ、プレス条件を選定でき、Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末に添加元素を混合した粉末混合物の成形性や成形後に投入するはんだ槽中での溶解性等を考慮して選定することができる。
また、成形性の悪い添加元素との組合せや配合比率で成形する場合、Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末と添加元素粉末に加え、成形性を向上させるバインダー、例えば、樹脂や高分子等を混合しても構わない。
そして、バインダーに関して、本発明の効果を有する範囲において種類や配合量においても特に制限はなく任意に選定が可能であるが、はんだ特性を妨げない範囲での配合はいうまでもない。

上記の加工方法の他、Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末に添加元素を均一に混合した後、金型に入れ、加圧する際に、押し型５の混合粉末接触面及び金型４の混合粉末接触面に印加して、ペレット表面に合金層を形成させる通電圧粉焼結方法を用いて成形し、ペレット表面に合金層を形成させてペレットの強度を向上させる製法や、減圧下又は窒素雰囲気下又は還元雰囲気下等ペレット加工時の酸化あるいは還元を防止する環境下における製造方法を採用することにより、ペレットの劣化防止が可能である。

ペレットの加工後、Ｓｎの融点以下の温度にてエージング処理（熱処理）を行うことにより、ペレット表面の合金化が促進し、添加元素の安定化がなされ、ペレットの品質安定が可能になると考えられる。
また、当該エージング工程において、ペレットの酸化を防止するため、減圧下又は窒素雰囲気下又は還元雰囲気下等の条件にて行うことにより、上述の如くペレットの劣化防止が可能となる。

上述の製法にて追加供給用はんだペレットを製造後、はんだ槽にペレットを投入して当該はんだ槽中の溶融はんだの成分調整を行う場合、投入するはんだペレット量は、予め測定しておいたはんだ槽中の溶融はんだの成分濃度に対応して行うこと等により、適正なはんだ成分に調整が可能となる。
そして、この作業を行う場合に、従来のはんだインゴットを投入する場合に比べ、ペレットが粉末を圧縮成形し、粉末状態を維持したままであるため、はんだ槽中で短時間にて溶解され、従来のインゴット投入方法に比べ迅速にはんだ組成の成分調整が可能となり、はんだ付け作業の効率化が図れる。

本発明は、従来に比べ、効率的且つ安全に追加供給用はんだやはんだ母合金を製造でき、はんだ槽中のはんだ組成の調整も迅速に行うことができ、はんだ付け作業の効率化が図れるために広くはんだ合金の製造やフローはんだ付けに応用が可能である。

１ はんだ粉末混合物
２ 添加元素粉末
２ａ ペレット中の添加元素粉末
３ Ｓｎ粉末
３ａ ペレット中のＳｎ粉末
４ 金型
５ 押し型
６ 加圧
７ ペレット

Claims (6)

1. 主成分がＳｎ粉末及び／又はＺｎ粉末からなり、当該Ｓｎ粉末及び／又はＺｎ粉末にＳｎ又はＺｎよりも高融点の元素粉末を混合した後、圧縮成形し、ペレット状に加工したことを特徴とするはんだ合金。
2. 請求項１記載のはんだ合金が鉛フリーであることを特徴とするはんだ合金。
3. ペレット成形時にプレス面を印加して、ペレット表面に合金層を形成させたことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載のはんだ合金。
4. ペレット成形後にＳｎの融点より低温にてエージング工程を施し、ペレットに合金層を形成させたことを特徴とする請求項１〜請求項３記載のはんだ合金。
5. 減圧下又は真空下、不活性ガス雰囲気下、又は還元雰囲気下において、請求項４記載のエージング工程を行うことを特徴とするはんだ合金。
6. 請求項１〜請求項５記載の方法にて得たペレット状はんだ合金を用いて、はんだ槽中のはんだ組成の調整を行うことを特徴とするはんだ組成調整方法。