JP2909378B2 - 錫鍍金用塩化亜鉛非含有型フラックスおよびその使用方法 - Google Patents

錫鍍金用塩化亜鉛非含有型フラックスおよびその使用方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属母材を錫溶融鍍金
する際に使用される塩化亜鉛非含有型フラックスおよび
その使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属母材を錫鍍金する方法として、溶融
した錫を収容する錫溶融鍍金浴に金属母材を浸漬する方
法がある。この場合、金属母材の表面と溶融錫との接着
性を向上すべく、金属母材を予めフラックで処理する手
段を採ることが望ましい。一般に、フラックスとして
は、刊行物「電子材料のはんだ技術:大沢直(1988
年10月1日株式会社工業調査会発行)」に示されてい
るように、燐酸、塩化亜鉛−塩化アンモニウム系の混合
塩等のはんだ用フラックスが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、錫溶融鍍金
においては、溶融鍍金浴中の錫が非常に酸化され易く
て、特に溶融錫の表面に酸化錫のスラグ生成して層状と
なる。このような鍍金浴上のスラグは、金属母材が鍍金
浴中に浸漬される際に溶融錫中に巻き込まれ、鍍金処理
後の製品の品質を低下させることになる。このため、錫
溶融鍍金工程では、順次生成される鍍金浴上のスラグを
定期的に除去する作業が必要であり、また鍍金用錫の一
部が鍍金用として使用できない酸化錫の状態となって錫
の歩留りが悪いという問題がある。
【0004】一方、予めフラックス処理する場合には、
上記したフラックスは金属母材の酸化膜の除去能力は高
いものの、燐酸を使用する場合にはフラックス反応が起
こる温度範囲が狭くて温度調節がきわめて困難であり、
実際の使用は困難である。また、フラックスとして塩化
亜鉛−塩化アンモニウム系の混合塩を使用する場合に
は、鍍金層中の結晶粒界および接合界面での亜鉛金属の
濃度が増大して、結晶粒界に沿った粒界腐食や接合界面
に沿った局部腐食が発生し易く、これらの腐食が発生す
ると鍍金層に腐食による剥離が発生し易くなるという問
題がある。
【0005】従って、本発明の目的は、錫鍍金用の塩化
亜鉛非含有型フラックスおよびその使用方法を提供し
て、錫溶融鍍金において発生するこれらの問題を解消す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、錫溶融鍍金の
際に使用される錫鍍金用フラックスであり、当該フラッ
クスは塩化第一錫と、塩化ナトリウム、塩化カリウムお
よび塩化アンモニウムからなる群から選ばれた少なくと
も1つの化合物とを含むことを特徴とするものである。
当該フラックスにおいては、塩化第一錫と塩化ナトリウ
ムまたは塩化カリウムとの混合比が4:6〜10:0の
範囲にあることが好ましい。また、本発明は、当該フラ
ックスの使用方法であり、当該フラックスを錫溶融鍍金
浴の溶融錫上に浮遊させて使用すること、および当該フ
ラックスを鍍金母材を錫鍍金に先だってフラックス処理
する水溶液として使用することを特徴とするものであ
る。
【0007】
【発明の作用・効果】本発明に係るフラックスは以下に
示す実施例の結果から明かなように、被鍍金用の金属母
材のフラックスとして極めて有効であるが、特に当該フ
ラックスは塩化亜鉛を含まないフラックス、すなわち塩
化亜鉛非含有型フラックスであることから、鍍金層中の
結晶粒界および接合界面での亜鉛の濃度の増大がないこ
とは勿論のこと、亜鉛自体が存在しないことから、鍍金
層中の結晶粒界に沿った粒界腐食や接合界面に沿った局
部腐食が発生することがなく、これらの腐食に起因して
鍍金層の剥離が発生することはない。当該フラツクスに
おいて、塩化第一錫と塩化ナトリウムまたは塩化カリウ
ムとの成分比が4:6〜10:0の範囲にある場合に
は、特にスラグ(酸化物層)の発生抑制性能、フラック
ス性能、取扱性等の面で優れている。
【0008】また、錫溶融鍍金において、当該フラック
スを錫溶融浴中の溶融錫の表面に浮遊させて使用する場
合には、溶融錫の表面がフラックスに被覆されるため溶
融錫の表面での酸化によるスラグの発生を抑制すること
ができて、鍍金工程での溶融浴からのスラグの除去作業
を解消することができるとともに鍍金に使用する錫の歩
留りを向上することができ、さらにはフラックスが溶融
浴中の不要成分を取り込んで溶融浴を清浄化することが
できる。また、当該錫鍍金においては、鍍金母材である
金属母材を、浮遊するフラックスを通して溶融浴中の溶
融錫に浸漬するするもので、フラックスが金属母材の表
面に付着して金属母材に対するフラックス作用を行うた
め、フラックスを金属母材の表面に予め塗布する作業を
省略することができる。
【0009】また、当該錫鍍金において、フラックスの
水溶液を調製して金属母材を予め同水溶液に浸漬して錫
溶融浴の溶融錫中に浸漬する場合には、金属母材の表面
へのフラックスの塗布が容易でかつ均一になされるとと
もに、フラックスの成分が溶融錫中に混在しても浴中の
汚染物質とはならず、むしろ混在したフラックス成分は
溶融錫の表面酸化を抑制してスラグの発生を防止するこ
とができる。
【0010】
【実施例】
(酸化物発生抑制評価試験)本試験はフラックスの酸化
物発生抑制の評価試験を行うもので、本試験では2個の
磁性坩堝を用意して、一方の坩堝には錫64gを入れる
とともに下記のフラックスを7g添加し、また他方の坩
堝には錫57gを入れてこれらの坩堝を炉内で加熱して
錫を溶融した。その後、これらの坩堝を260℃で30
分保持した後放冷して、錫の坩堝上側の上面と底側の底
面との外観を観察して酸化物の発生の有無を判定した。
これらの観察の結果、加熱溶融前においては両錫とも酸
化物層は認められなかったが、加熱溶融後においてはフ
ラックスを添加していない坩堝側の錫の表面には相当量
の酸化物層が認められた。なお、これらの外観の写真を
図1および図2に示す。これら各図においては、同図
(a)がフラックスを添加した場合の写真、同図(b)
がフラックスを添加していない場合の写真である。
【0011】フラックスの調製は、SnCl2・2H2
…10g,KCl…3g,HCl(35%)…2mlの
成分を混合した後、加熱して水分を飛ばして融解し、放
冷する調製方法を採った。
【0012】(フラックスの成分比と性能評価試験)本
試験では、鍍金母材として縦×横が25mm×50mm
で厚み0.6mmの銅板を使用して錫の鍍金を行い、フ
ラックスの酸化物発生抑制性能、フラックス性能、取扱
性等の性能評価を行った。使用したフラックスはSnC
2・2H2OとKClを成分とするもので、これら両成
分比は表1に示す通りである。また、本試験においては
多数の磁性坩堝を使用し、各坩堝に錫を95.8g入れ
て各成分比のフラックスを5〜6gの範囲で添加し、各
坩堝を加熱して錫を溶融しさらに15秒間加熱した。一
方、銅板を脱脂した後ホットプレート上で予め100〜
150℃に加熱して、各坩堝の溶融錫の中央にフラック
スを通して浸漬した。銅板を5秒間浸漬した後、速やか
に引き上げて空冷した後超音波水洗浄を行った。
【0013】本試験後、酸化物発生抑制性能およびフラ
ツクス性能を外観を観察して行うとともに、坩堝内での
溶融錫上でのフラックスの形態からフラックスの取扱性
を判定した。得られた結果を表1に示すとともに、外観
の写真を図3,図4,図5(酸化物発生抑制性能…錫の
上面の写真)、および図6(フラックス性能…母材の浸
漬表面の写真)に示す。これらの結果から、これらの3
つの性能を満足させるには、SnCl2とKClの成分
比が4:6〜10:0、好ましくは5:5〜9:1の範
囲である。かかる成分比については、KClに換えてN
aClを採用した場合も同様であることを確認してい
る。
【0014】なお、酸化物発生抑制性能、フラツクス性
能、および取扱性の評価判定基準は下記の通りである。
すなわち、酸化物発生抑制性能の評価判定基準について
は、錫の上面と底面を観察して錫表面が金属光沢を呈し
て酸化物層の無い場合を○、錫表面に酸化物層が一部に
存在している場合を△、錫表面に金属光沢がなく酸化物
層が全体に存在している場合を×とする。フラックス性
能の評価判定基準については、銅板の浸漬表面にピンホ
ール、ぬれなし、錫の弾き等の欠陥がほとんどなく、滑
らかで輝いた錫で覆われている場合を○、銅板の浸漬表
面が半ぬれ状態(ディウエッテング)の場合を△、銅板
の浸漬表面にピンホール、ぬれなし、錫の弾き等の欠陥
が存在し素地が露出している場合を×とする。フラック
スの取扱性の評価判定基準については、坩堝中で錫が溶
融する前にフラックスが溶融して錫表面を覆う場合を
○、フラックスの溶融温度が錫の溶融温度と同等かそれ
よりわずかに高く、錫の表面が溶融状態のフラックスで
は完全には覆われていない状態を△、錫が溶融してもフ
ラックスは溶融せずに錫の表面に固体状態で存在してい
る場合を×とする。
【0015】
【表1】 (母材に対するフラックスの性能評価試験)SnCl2
・2H2O…10g、KCl…3g、HCl(35%)
…2mlを用いて、酸化物発生抑制評価試験における調
製法と同様の調製法を採用して調製してなるフラックス
を使用して、各種母材に対するフラックス性能試験を行
った。母材としては、下記の7種類の母材を使用した。
【0016】NO.1…銅板(50×50×0.6m
m) NO.2…ニッケル板Clad−SUS304(50×
50×0.3mm) NO.3…ステンレス鋼板SUS430(50×50×
0.6mm) NO.4…ステンレス鋼板SUS304(50×50×
0.3mm) NO.5…亜鉛鉄板板SGCC F06(50×50×
0.6mm) NO.6…アルミニウム板 A1100P(50×50
×1.0mm) NO.7…チタン板(50×50×1.0mm) 本試験においては、磁性坩堝に錫を入れるとともにフラ
ックスを添加して、同坩堝を加熱して錫を溶融するとと
もにその後15秒間加熱する。一方、上記した各母材を
脱脂処理して清浄化してホットプレート上で予め100
〜150℃に加熱し、これらをそれぞれ溶融錫中にフラ
ックスを通して浸漬する。5秒間浸漬後、母材を速やか
に引き上げて空冷し、超音波水洗浄を行った後外観を観
察してフラックス性能の評価を行った。フラックス性能
の評価判定基準は、母材の浸漬表面にピンホール、ぬれ
なし、錫の弾き等の欠陥が存在せず、滑らかで輝いた錫
で覆われてる状態を○、母材の浸漬表面にピンホール、
ぬれなし、錫の弾き等の欠陥が存在し、素地が露出して
いる状態を×とする。得られた結果を表2に示すととも
に、外観の写真を図7および図8に示す。
【0017】
【表2】 (フラックス水溶液の成分比と性能評価試験)本試験で
はフラックスを水溶液の状態で使用して、フラックス水
溶液の成分比と性能評価試験を行った。母材としては銅
パイプ(直径15.88mm、厚み1.0mm、長さ5
0mm)を使用し、フラックスとしては表3に示す各成
分のフラックスを使用した。但し、各フラックスは表3
に示す成分をNH4Cl…0.55g、HCl(36
%)…1ml、H2O…42gに溶解して水溶液の状態
で使用した。
【0018】本試験においては、磁性坩堝に錫を入れ加
熱して溶融状態とし、オキシカルボン酸を主成分とする
非イオン系脱脂剤で脱脂しフラックスに浸漬した銅パイ
プを、坩堝の溶融錫中に5秒間浸漬する。浸漬後銅パイ
プを引き上げて空冷後超音波水洗浄を行い、錫鍍金され
た銅パイプの外観を観察して各フラックスの性能の評価
を行った。フラックス性能の評価判定基準は、母材の浸
漬表面にピンホール、ぬれなし、錫の弾き等の欠陥が存
在せず、滑らかで輝いた錫で覆われてる状態を○、母材
の浸漬表面が半ぬれ(ディウエッテング)状態を△、母
材の浸漬表面にピンホール、ぬれなし、錫の弾き部等の
欠陥が存在し、素地が露出している状態を×とする。得
られた結果を表3に示すとともに、外観の写真を図9に
示す。これらの結果から、フラックスが水溶液の状態で
のフラックス性能は、SnCl2とKClの成分比が
4:6〜10:0、好ましくは5:5〜10:0の範囲
である。かかる成分比については、KClに換えてNa
Clを使用した場合も同様であることを確認している。
【0019】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】酸化物発生抑制評価試験におけるフラックス添
加の錫の加熱溶融前後の上面の写真(a)、およびフラ
ックス無添加の錫の加熱溶融前後の上面の写真(b)で
ある。
【図2】同評価試験におけるフラックス添加の錫の加熱
溶融前後の底面の写真(a)、およびフラックス無添加
の錫の加熱溶融前後の底面の写真(b)である。
【図3】フラックスの成分比と性能評価試験中の酸化物
発生抑制評価における錫加熱溶融後の上面の写真であ
る。
【図4】同酸化物発生抑制評価における錫加熱溶融後の
上面の写真である。
【図5】同酸化物発生抑制評価における錫加熱溶融後の
上面の写真である。
【図6】フラックスの成分比と性能評価試験中のフラッ
クス性能評価における母材の浸漬表面の写真である。
【図7】母材に対するフラックスの性能評価試験におけ
る母材の浸漬表面の写真である。
【図8】同性能評価試験における母材の浸漬表面の写真
である。
【図9】フラックス水溶液の成分比とフラックス性能評
価試験における母材の浸漬表面の写真である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】錫溶融鍍金の際に使用される錫鍍金用フラ
    ックスであり、当該フラックスは塩化第一錫と、塩化ナ
    トリウム、塩化カリウムおよび塩化アンモニウムからな
    る群から選ばれた少なくとも1つの化合物とを含むこと
    を特徴とする錫鍍金用塩化亜鉛非含有型フラックス。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のフラツクスにおいて、塩
    化第一錫と塩化ナトリウムまたは塩化カリウムとの成分
    比が4:6〜10:0の範囲にあることを特徴とする錫
    鍍金用塩化亜鉛非含有型フラックス。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の塩化亜鉛非含有
    型フラックスの使用方法であり、前記フラックスを錫溶
    融鍍金浴の溶融錫上に浮遊させて使用することを特徴と
    する錫鍍金用塩化亜鉛非含有型フラックスの使用方法。
  4. 【請求項4】請求項1または2に記載の塩化亜鉛非含有
    型フラックスの使用方法であり、前記フラックスを鍍金
    母材を錫鍍金に先だってフラックス処理する水溶液とし
    て使用することを特徴とする錫鍍金用塩化亜鉛非含有型
    フラックスの使用方法。
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