JP3723153B2 - ハンダ材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品、機械部品等の各種金属部品の接合に用いられるハンダ材及びその製造方法に関する。詳細には、鉛を含有せず、金属部品の接合において良好な接合を形成可能なハンダ材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンダ付けは、融点が低い物質を用いて物体同士を接合する技術であり、古くから用いられ、その起源は古代メソポタミア文明に遡ることができると言われている。現代の産業において、ハンダ付けは機械的な組立や電子機器の接合等に幅広く使用され、例えば、電子機器においては、半導体、マイクロプロセッサー、メモリー、抵抗などの電子部品を基板に実装するための実装基板の接合等に用いられている。その長所は、部品を基材に固定するだけでなく、ハンダに含まれる金属の導電性により電気的接続が形成されることであり、この点において有機系の接着剤と異なる。
【０００３】
一般的に用いられるハンダは、錫と鉛による共晶ハンダで、その共晶点が１８３℃であり、アルミニウムや銅などの板材等の接合に用いられる。ハンダ付けする金属母材の融点よりも低いばかりでなく、多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも低いという特徴を有している。また、この共晶ハンダは、錫成分が銅板の界面で特有の金属間化合物層を形成し、ハンダと銅の接着力をより強固にすることも知られている。このような特徴を備えた錫と鉛による共晶ハンダ以外に、錫と亜鉛とのハンダ、銀と錫とのハンダなどの使用が試みられているが、濡れ性が悪く接合が難しいために、実用化されていない。
【０００４】
上記のように、電子機器や各種装置の製造においてハンダによる接合は依然として重要なものであり、今日のパーソナルコンピューター、携帯電話やページャーなどに代表されるパーソナル機器の急激な普及が進むにつれ、ハンダの重要性は益々増大している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子機器の普及は、人々の生活を豊かにしている。しかし、その反面、使用しなくなった電子機器が多量に廃棄されていることも事実であり、廃棄物により環境汚染が起きることが危ぶまれている。このため、廃棄物のリサイクル使用や有害性の高い物質を用いない製造方法が提唱されている。特に、有害性の高い物質の排除は、環境汚染を未然に防ぐという観点から望ましく、ハンダによる接合技術においても開発の必要がある。
【０００６】
現在、環境汚染の問題から、鉛を含まないハンダを用いた接合技術が必要とされている。ところが、鉛を他の金属に代えたハンダや別の金属の組合せによるハンダは、高温による母材への悪影響を避けられるほどハンダ付け温度を低くすることが困難であり、濡れ性が非常に劣り接合する母材に対して満足に付着しないといった問題を有するために、半導体実装のような微細なハンダ処理はおろか一般的なハンダ接合にも使用は難しい。特に、錫及び亜鉛を用いたハンダにおいては、問題点が多すぎるためにエレクトロニクス実装での実用化は困難と考えられている（竹本 正：「接合サイエンスからみたＰｂフリーソルダ」、第５回環境対応実装技術フォーラム講演集（１９９７年５月１４日）参照）。
【０００７】
厚膜形成、導体回路形成及び半導体実装のような微細なハンダ付け処理に鉛を含まないハンダの使用を可能とするために、ハンダ粉末とフラックスとを混合したペースト状のソルダーペーストを用いたスクリーン印刷方式等が提案されている。しかし、ソルダーペーストに用いられるフラックスは、ＪＩＳ Ｚ３２８４にあるように、有機化合物、無機化合物及び樹脂に大別されるが、有機化合物又は樹脂が用いられる場合には、有機酸、アミノ基のハロゲン塩及び有機酸塩等が活性成分として添加され、無機化合物の場合には、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化錫、燐酸、ハロゲン化水素酸等が添加されることが多い。このような添加物は金属を腐食させる作用を有するため、ソルダーペーストをリフローした後のフラックス残渣による腐食の検査が必要になる。又、フラックスを除去するためにペーストを加熱した際に気化した有機物の処理等が必要であるという問題もある。
【０００８】
従って、本発明は、鉛を含有しないハンダ材であって接合する部材に対して良好に濡れを発揮し、汎用性及び取扱容易性を備えたハンダ材及びハンダ材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、廃棄物中の鉛による環境汚染をなくすために、鉛を用いない汎用性の高い金属によるハンダを用いたハンダ付けについて鋭意研究を重ねた結果、複層構造を有するハンダ材によって十分な接合強度を有する錫／亜鉛ハンダ接合を容易に形成できることを見出した。このハンダ材の構造は他種の金属によるハンダ接合を形成する場合にも利用できる。
【００１０】
更に、上述の複層構造を有するハンダ材を簡便な方法によって製造することができることを見出した。
【００１１】
本発明によるハンダ材は、亜鉛層と錫層とからなるハンダ材であって、該亜鉛層は一軸方向に延伸した軸性を有する形状で、該錫層は該亜鉛層の軸を包囲するように該亜鉛層を被覆し、該錫層と該亜鉛層との割合が錫／亜鉛共晶組成となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
錫／亜鉛ハンダは、従来のハンダに比べて濡れ性が劣るため、安価で溶融温度が低く、又、電子部品の接合においては錫／鉛ハンダに比べてマイグレーションの発生が抑えられるので、実用化においては非常に有効な材料である。錫／亜鉛合金の濡れ性が劣るのは、亜鉛が非常に酸化され易いために溶融合金表面に酸化亜鉛膜を形成して合金の母材に対する濡れを阻害することによることを本願発明者らは見出している。つまり、錫／亜鉛ハンダを従来のハンダ材に代えて実用化するためには、亜鉛の酸化に対処する必要がある。
【００１７】
本発明は、錫／亜鉛ハンダを構成するための亜鉛成分を雰囲気から遮蔽するために他の物質による被覆層で亜鉛成分を包囲する複層構造のハンダ材を提案するものであり、亜鉛成分が被覆層の内側に配置されて亜鉛成分が雰囲気に曝される面積が減少あるいは実質的に無くなることにより、ハンダ材が加熱によって溶融ハンダとなるまで酸化亜鉛の生成が抑制され、実質的に均一な溶融ハンダになると同時に部材表面を濡らしハンダ接合が良好に形成される。
【００１８】
ハンダ材の被覆層は、加熱により除去容易な有機物や亜鉛以外の金属等を用いて形成することができる。加熱により除去容易な有機物によって被覆層が形成される場合は、接合する部材間にハンダ材を配置して加熱し接合を形成する間に、被覆層は熱によって接合する部材から除去され、ハンダ材の金属成分によってハンダ接合が形成される。従って、被覆層は接合を形成するハンダの組成に関与しない。他方、亜鉛以外の金属によって被覆層を形成する場合は、ハンダ材全体の金属成分の溶融混合によってハンダ接合が形成される。従って、接合を形成するハンダの組成は被覆層を含むハンダ材全体の金属組成によって決定される。いずれの場合においても、亜鉛以外の金属を被覆層の外側に配置した三層以上の多層構造をとることも可能であるが、以下においては、被覆層を最外層として構成したハンダ材について説明する。尚、被覆層の外側に更に層を有する構造のハンダ材については、以下の記載に基づいて適宜応用、変更を行うことによって得ることができる。錫／亜鉛ハンダ以外のハンダ材についても、本願において提示する複層構造のハンダ材として提供できる。
【００１９】
被覆層を加熱により除去容易な有機物によって形成する場合、図１の（ａ）に示すように、ハンダ材１の被覆層２の内側にある内層部３は、接合を形成する錫／亜鉛ハンダの組成に相当する割合で錫及び亜鉛を含有しており、錫単味層及び亜鉛単味層の混層形態、錫／亜鉛合金層による均一形態、及びこれらの複合形態などのいずれの形態であってもよい。更に、錫及び亜鉛以外の他の金属を内層部３に添加すれば、錫及び亜鉛を含有する三元合金ハンダあるいはそれ以上の多元合金ハンダとすることができる。混層形態のハンダ材は、加熱すると、錫／亜鉛共晶点温度において錫と亜鉛との接触部分から溶融し始めて錫／亜鉛共晶物が生成し、温度上昇に従って融合均一化が進行し、内層部３全体の金属組成における液層線温度において完全に溶融する。従って、ハンダ材が低い温度で溶融するには、ハンダ材の内層部３全体の金属組成が錫／亜鉛共晶組成に近いことが好ましく、又、迅速に溶融するには、内層部３が錫／亜鉛合金層による均一状態であるのが好ましい。被覆層２を構成する加熱により除去容易な有機物は、常温において固体であってハンダ材の溶融温度より低い温度で気化又は分解等によりガスとなって放散する化合物であり、ハンダペーストのフラックスに用いられるような物質が好ましい。特に、ロジン（松脂成分）のような天然高分子系の樹脂等が好適であるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
図１（ａ）のような二層構造の線状ハンダ材は、被覆層を構成する樹脂等の溶融物に内層部を構成するための線材を浸して取り出し、溶融物を冷却固化し、必要に応じて圧延することによって得られる。得られた線状ハンダ材を切断することにより粒状ハンダ材が得られる。
【００２１】
被覆層を亜鉛以外の金属で形成する場合は、図１の（ｂ）に示すように、ハンダ材４の被覆層５の内側の内層部６は、単味亜鉛層による単層形態、錫単味層及び亜鉛単味層の混層形態、錫／亜鉛合金層による均一形態、及びこれらの複合形態などのいずれの形態であってもよい。但し、被覆層５及び内層部６を合わせたハンダ材全体の金属組成が接合を形成する錫／亜鉛ハンダの組成と一致するように被覆層５及び内層部６の含有量を決定する。錫及び亜鉛以外の他の金属を被覆層５あるいは内層部６に添加すれば、接合を形成するハンダは錫及び亜鉛を含有する三元合金ハンダあるいはそれ以上の多元合金ハンダとなる。このハンダ材４の加熱においても、錫／亜鉛共晶点温度で錫と亜鉛との接触部分から溶融し始めて錫／亜鉛共晶物が生成し、温度上昇に従って融合均一化が進行し、ハンダ材全体の金属組成における液層線温度で完全に溶融する。従って、ハンダ材が低い温度で溶融するには、ハンダ材全体の金属組成が錫／亜鉛共晶組成に近いことが好ましく、又、ハンダ材が迅速に溶融するには、内層部６が錫／亜鉛合金層であるのが好ましい。これを満足する例として、例えば、錫／亜鉛共晶組成より若干錫の少ない組成の合金によって内層６を形成し、ハンダ材全体の組成が錫／亜鉛共晶組成となるように少量の錫によって被覆層５を形成したものが挙げられる。しかし、実際には、ハンダ材の寸法（太さ、径等）が数mm程度の場合には熱伝導にさほどの時間を必要としないので、内層部６が錫／亜鉛合金でなくても溶融拡散により迅速に均一化する。実用的に十分有効な構成のハンダ材の一例として、単味錫による被覆層で単味亜鉛内層を覆った二層構造のハンダ材が挙げられる。このハンダ材は、構造が単純で製造においても複雑な処理を必要とすることなく簡便に製造できるので、非常に有利である。以下、単味錫による被覆層で単味亜鉛内層を覆った二層構造のハンダ材について説明する。
【００２２】
単味錫による被覆層で単味亜鉛層を覆った二層構造のハンダ材の例としては、図２の（ａ），（ｂ）に示すような断面形状が円形のハンダ材７ａ，７ｂがあり、このような断面形状を有する線材あるいは球状粒子として製造することができる。（ａ）では１つの亜鉛内層部９ａが錫被覆層８ａに覆われ、（ｂ）では複数の亜鉛内層部９ｂが錫被覆層９ｂに覆われている。又、（ｃ），（ｄ）に示すように断面が楕円形の線状又は楕円球状のハンダ材７ｃ，７ｄや、（ｅ），（ｆ）に示すような断面形状が多角形状の線状、多角柱状又は多面体のハンダ材７ｅ，７ｆとして製造することもできる。このような断面形状の場合にも（ｄ）、（ｆ）に示すように複数の亜鉛内層部９ｄ，９ｆを錫被覆層８ｄ，８ｆで覆うことができる。
【００２３】
図２に示すような断面形状の二層構造を有するハンダ材の製造は、二層構造の線状ハンダ材の製造を基本とし、粒状のハンダ材は、二層構造の線状ハンダを用いて製造することができる。まず、線状ハンダ材の製造について以下に説明する。
【００２４】
二層構造の線状ハンダ材は、亜鉛の棒材又は塊の周囲に薄層状の錫を巻き付け、これを圧延ロール等を用いて徐々に圧延して均一の太さの細線状に延伸することによって簡便に製造することができる。使用する薄層状錫及び亜鉛棒材又は塊の量は、形成するハンダ接合の組成割合に一致させる。好ましくは、錫８５〜９７重量部及び亜鉛３〜１５重量部の割合で用いる。圧延の際に錫及び亜鉛が延伸成形し易いように、錫及び亜鉛が溶融しない温度、即ち、錫／亜鉛共晶温度より低い温度に、好ましくは５０〜１９８℃程度に加熱するとよい。この方法によって、径が２μｍ〜２０mm程度、断面の亜鉛内層部の平均径が１μｍ〜１０mm程度の線状ハンダ材を製造することができる。又、太い棒状や薄いシート状に圧延成形することもでき、このような形状のハンダ材も本発明に係るものとする。図２（ｅ），（ｆ）のようなハンダ材断面が多角形の線状ハンダ材は、圧延工程における圧力のかけ方を調整したり、円形断面の線状に延伸した線状ハンダ材を型を用いて加圧成形することによって得られる。このようにして得られる線状ハンダ材は、雰囲気に亜鉛が曝される部分が端部におけるわずかな面のみであり実質的に雰囲気から遮断されているので、線ハンダとして、錫のみで形成された線ハンダと同様の取扱いでハンダ付けに用いることができ、通常のハンダごて等を用いて好適にハンダ付けを行うことができる。ハンダ付け操作中の亜鉛の酸化が実質的に抑制され、ハンダ材は部材に対して良好な濡れを示す。大気雰囲気においても良好なハンダ接合を形成することができる。
【００２５】
二層構造の線状ハンダ材は、他の製造方法によっても製造することができる。この製造方法では、亜鉛の線材又は棒材と溶融錫とを用い、溶融錫の温度を錫の融点より僅かに高い温度に保持して、この中に亜鉛線材を短時間浸してすぐに取り出し、亜鉛の線材又は棒材に付着した溶融錫を冷却固化する。亜鉛線材又は棒材を溶融錫に浸す前に予め冷却しておくと好ましい。この後、錫で被覆した亜鉛線材又は棒材を適宜圧延して所望の径になるまで延伸することにより線状ハンダ材が得られる。あるいは、亜鉛線材の周囲に細い錫線材又は錫箔をコイル状に密に巻き付けて、これを圧延器を用いて圧延し所望の径になるまで延伸することによっても線状ハンダ材を得ることができる。この際、錫線材と共に松脂線材を並べて亜鉛線材の周囲に巻き付けると、錫及び松脂からなる被覆層を有する線状ハンダ材が得られる。
【００２６】
図１（ｂ）のような線状ハンダ材４において、被覆層５の外径つまりハンダ材４の外径ｄ１及び内層部６の径ｄ２は、次式（１）で表される範囲にあるのが適正である。
【００２７】
（１／１００）ｄ１ ≦ ｄ２ ＜ ｄ１ （１）
特に、亜鉛を含有する内層部６の径ｄ２が平均で１μｍ〜３mmである場合には下記式（２）で表される範囲が好ましい。図２の（ｂ），（ｄ）又は（ｆ）のようにハンダ材に複数の内層部を設けるには、ｄ２がｄ１の約１／４より小さくなるのが好ましい。
【００２８】
（１／９０）ｄ１ ≦ ｄ２ ＜ （９９９／１０００）ｄ１ （２）
粒状のハンダ材は、上述で得た二層構造の線状ハンダ材を用いて製造される。まず、線状ハンダ材を軸と交差する方向に切断して図３の（ａ）のように亜鉛内層部９を軸中心として錫被覆層８が周囲を取り囲む筒状のハンダ片１０を作成する。図３の（ａ）においては、線状ハンダ材の径方向に沿って軸と垂直に切断を行っているが、斜めに行ってもよい。この筒状のハンダ片１０を振動する加熱プレート上に供給すると、振動によるハンダ片１０の角部とプレートとの衝突及び熱によって錫被覆層８が変形して、錫被覆層８が亜鉛内層部９の両端面を徐々に覆いながら丸くなり、次第に（ｂ）のハンダ片１１のように球形に近くなる。従って、加熱プレートの加熱温度及びハンダ片の滞留時間を適宜調整することにより亜鉛内層部９が完全に錫被覆層８によって覆われたほぼ球形の粒状ハンダ材を得ることができる。振動する加熱プレート上に筒状のハンダ片１０を供給する代わりに、傾斜した加熱プレート上を筒状のハンダ片１０を転がしてもよい。この場合、錫が軟化し易いように加熱プレートの温度を高く設定し、且つ、ハンダ片内部の温度が上がらないように加熱プレート上を転がる時間を短くすることによって、錫被覆層８のみが熱変形して亜鉛内層部９をほぼ完全に被覆したハンダ材を好適に得ることができる。このような方法によって粒径が平均で約２μｍ〜２０mm程度の粒状ハンダ材を得ることができる。
【００２９】
図３の（ａ）に示すハンダ片は、両端の切断面において亜鉛内層部９が雰囲気に曝されているので、この部分においては酸化物が生じるが、亜鉛の容積に比べて曝されている面積が極めて小さいので、実質的に雰囲気から遮断されているのに近く、実用においてはさほど問題とならない。従って、本発明の粒状ハンダ材として使用可能である。又、線状ハンダ材をハンダ片に切断する際に、２枚の押切り刃を用いて線状ハンダ材を挟むように切断すると、金属の塑性変形を伴うことにより、図３の（ｃ）のような亜鉛内層部９が殆ど雰囲気に曝されないハンダ片１２が得られる。切断面毎に押切り刃の切断方向を線状ハンダの軸方向について９０度づつ回転させると、図３の（ｄ）のようなハンダ片１３が得られる。このようなハンダ片１２，１３はハンダ片１１と実質的に同等の効果を発揮し、本発明の粒状ハンダ材として有効に用いることができる。多数の押切り刃を絞り状に構成した押切り器を用いてもよい。押切りによって形成される切断面の形状は押切り刃の形状及び押切り速度によって調整することができる。（ｄ）のハンダ片１３において、切断面の傾斜が大きくなるような押切り刃を用いてハンダ片の軸方向の長さが短くなるように製造すると、四面体に近い形状の粒状ハンダ材が得られる。加熱した押切り刃を用いると、線状ハンダ材の塑性変形が容易になり、亜鉛内層部の切断面を錫の薄膜で被覆し易いので、切断操作の効率及び錫による亜鉛内層部の被覆性が向上する。
【００３０】
図２の（ｂ）〜（ｆ）に示す断面形状の線状ハンダ材を用いて上述の製造方法に従って粒状ハンダ材を形成すると、図３の（ｂ）〜（ｄ）に示すハンダ片１１〜１３と同様に、亜鉛内層部９が錫被覆層８によって覆われた類似構造の粒状ハンダ材が得られる。更に、上述の線状ハンダ材及び粒状ハンダ材の製造方法は、錫以外の金属による被覆層を有するハンダ材や合金による内層部及び被覆層を有するハンダ材の製造に応用でき、被覆層を構成するための薄層状金属材及び内層部を構成するための金属棒材又は塊を用いて同様の操作を行うことにより所望の組成による二層構造の線状ハンダ材及び粒状ハンダ材を得ることができる。更に、同心円筒状の多数の層を有する構造の線状ハンダ材及び粒状ハンダ材の製造も可能である。圧延工程及び粒子化工程における加熱の程度によっては内層部と被覆層とが接触部において融合して連続する場合がある。この様な場合においても、内層部の亜鉛が被覆層の外表面にまで拡散しなければハンダ付け操作における亜鉛の雰囲気による酸化は抑制されるので、本発明の趣旨に沿ったハンダ材であると言うことができる。
【００３１】
本発明に係るハンダ材の他の例を図４及び図５に示す。図４の（ａ）〜（ｃ）は、断面形状が正方形、正六角形及び星形の亜鉛内層９を錫被覆層８が被覆した円筒形線状ハンダ材１４，１５，１６を示す。これらも、上述において説明した製造方法を応用して製造することができる。例えば、断面形状が正方形、正六角形又は星形の亜鉛線材を溶融錫に浸して錫を冷却固化する工程を所定回数繰り返して所望の厚さの錫被覆層を形成した後に圧延処理によって細線状に加工することによって得られる。あるいは、極細の亜鉛線材及び錫線材を用い、図４の形状に類似した断面になるように亜鉛線材及び錫線材を多数積み重ねて圧着した後に、圧延処理によって細線状に加工してもよい。あるいは、これらの方法及び前述した方法を適宜組み合わせて製造してもよい。これらを図３を参照して説明した切断方法を用いて粒子化すれば、内部に各々正方形、正六角形又は星形の断面の亜鉛層を有する粒状ハンダ材が得られる。このようなハンダ材は、亜鉛内層９の容積に対する錫被覆層８と亜鉛内層９との境界面の面積の比が大きくなるので、ハンダ材の溶融時における内部の均一化速度が速くなるという点で優れている。
【００３２】
図５は、本発明に従って製造することのできる粒状ハンダ材の具体例を示す。（ａ）〜（ｃ）の粒状ハンダ材１７，１８，１９はいずれも、線状ハンダ材を切断して粒子化する際に、軸方向あるいは放射方向の力を作用させて加圧成形を行うことによって得ることができる。これらは、線状ハンダ材の末端において放射方向の圧力を用いて湾曲した側面部分を形成した後に切断して粒子化することによって得られる。あるいは、（ａ）の粒状ハンダ材１７については、ハンダ片に切断すると同時に軸方向に圧縮するようにしても得られる。これらの他に、円錐形、円錐台形、角錐形や角錘台形の粒状ハンダ材も同様にして製造することができる。
【００３３】
図５の（ｄ）に示す粒状ハンダ材２０は、図２の（ｃ）に示すような断面形状が楕円形の線状ハンダ材を切断する際に押切り操作によって端部を狭搾して閉じることによって得られ、袋状の錫被覆層８ｃに亜鉛内層部９ｃが被覆されている。（ｅ）に示す粒状ハンダ材２１は円柱状の亜鉛内層部９ｇに錫被覆層８ｇをコイル状に巻き付けた線状ハンダを切断して得られるもので、（ｆ）の粒状ハンダ材２２は角形の錫被覆層８ｈ及び亜鉛内層部９ｈを有する線状ハンダ材を切断したものである。図５に示す粒状ハンダ材１７〜２２はいずれも平面上に据えたときに転がることなく位置固定することができるので、接合する部材間に据え付けてハンダ付けするのに好都合である。
【００３４】
本発明に係る粒状ハンダ材は、いずれも複層構造の線状ハンダ材から製造されるので、粒状ハンダ材の構造にはこの製造方法に起因して線状ハンダ材に由来する特徴がある。即ち、粒状ハンダ材の内層部は、図３〜５からも明らかなように、一軸方向に延伸した軸性を有する形状であり、内層部の軸を包囲するように被覆層が内層部を被覆している。ハンダ材の粒形を真円球状に成形した場合においても内層部は細長く延伸した軸性の形状となり、内層部が真円球のような延伸性のない形状になることはかなり希と考えられる。
【００３５】
上述の線状ハンダ材及び粒状ハンダ材の製造は、得られるハンダ材の含有酸素濃度を１００ppm 以下に抑えるために、酸素濃度を１００ppm 以下の非酸化性雰囲気を作業雰囲気として用いて原材料の酸化を防止するのが望ましい。
【００３６】
上述のような本発明に係る線状ハンダ材及び粒状ハンダ材は、従来のハンダに代えて好適に使用することができ、機械装置の製造における組立接合等に限らず、半導体分野のような微小接合の形成にも用いることができる。例えば、ＩＣパッケージやＣＰＵの導電部の接合、パーソナルコンピュータやプリンタの接続等に用いられるケーブルコネクタ及び通信用ケーブルに用いられる光コネクタにおける接合、自動車のラジエータの接合、基板への部品実装等が挙げられる。基板への実装形態としては、片面表面実装、両面表面実装、両面表面実装リード付き部品搭載、片面表面実装リード付き部品搭載、リードスルー実装などがある。又、実装部品としては、受動部品としてのセラミック、コンデンサ、インダクタ、ジャンパ、トランジスタ、ダイオード、アルミ電解コンデンサ、タンタル半固定抵抗、トリマー、コイル等が代表例として挙げられ、能動部品としては、ＩＣ、ＳＩ等が代表例である。パッケージ外形又は形状については、ＳＯＩＣ、ＳＯＰＱＩＰ、ＱＦＰ、ＰＬＣＣ、ＬＣＣ、ＳＯＪ、ＭＳＰ、さらには、ＢＧＡ、ＦＣ−ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＰＬＣ、ＭＣＭ、ＯＥ−ＭＣＭ、チップを重ねた高密度実装が挙げられる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【００３８】
（実施例１）
酸素濃度１００ppm 以下の窒素雰囲気で満たされたグローブボックスの中で、純度９９．９９％の予め計量した針金状の亜鉛９ｇに、純度９９．９８％の錫箔９１ｇをロール状に巻き付けて固めた。この時錫箔を巻いたロールの径は５mmであった。このロールを圧延器を用いて段階的に延伸して径を５mmから３．５mmへ、次に３．５mmから２mmへ、そして２mmから１．２mmへ、最後に１．２mmから０．８mmへと細くして、０．８mm径のワイヤを得た。このワイヤを巻取ってワイヤの一部分を試料として含有酸素濃度を測定したところ、５０ppm 以下であり、ワイヤの外表面部分の錫の含有量は９５％以上であった。
【００３９】
次に、ハンダごてを２２０℃に加熱し、このハンダごてを用いて上述のワイヤで、ＲＭＡタイプのフラックスを塗布したパソコン用基板のＱＦＰ（２０８pin 、金フラッシュメッキ仕上げ、０．５mmピッチ）の接合不良が生じていた部分の補強ハンダ付けを実施した。この結果、ハンダごてによってワイヤが溶融して生じた溶融ハンダが良好な濡れを示して接合不良部分に広がってパッドとリード部との隙間を満たし、好適に補強ハンダ付けが行われた。
【００４０】
（実施例２）
酸素濃度１００ppm 以下の窒素雰囲気で満たされたグローブボックスの中で、純度９９．９８％の予め計量した錫１８２ｇを細長い坩堝に入れて加熱溶融させた。溶融した錫に熱電対による温度指示計を設置して溶融錫を徐々に冷却し、溶融錫の中心部が２３５℃になった時点で、純度９９．９９％の亜鉛線材１８ｇを溶融錫に浸してすぐに取り出し、十分に冷却した。これにより、固化した錫で周りを覆われた亜鉛線材が得られた。この線材の径は平均で１０mmであった。この線材を圧延器を用いて段階的に延伸して径を１０mmから７．５mmへ、次に７．５mmから５mmへ、そして５mmから３mmへ、最後に３mmから２mmへと細くして、３mm径のワイヤを得た。このワイヤを巻取ってワイヤの一部分を試料として含有酸素濃度を測定したところ、５０ppm 以下であり、ワイヤの外表面部分の錫の含有量は９５％以上であった。
【００４１】
次に、ハンダごてを２２０℃に加熱し、このハンダごてを用いて上述のワイヤで、ＲＭＡタイプのフラックスを塗布したパソコン用基板のＱＦＰ（２０８pin 、金フラッシュメッキ仕上げ、０．５mmピッチ）の接合不良が生じていた部分の補強ハンダ付けを実施した。この結果、ハンダごてによってワイヤが溶融して生じた溶融ハンダが良好な濡れを示して接合不良部分に広がってパッドとリード部との隙間を満たし、好適に補強ハンダ付けが行われた。
【００４２】
（実施例３）
酸素濃度１００ppm 以下の窒素雰囲気で満たされたグローブボックスの中で、純度９９．９９％の予め計量した針金状の亜鉛９ｇの周りに、純度９９．９８％の錫線材５４．６ｇ及び３本の松脂線材計８．１ｇを密に並べてコイル状に巻き付けた。この時線材を巻き付けたロールの径は５mmであった。このロールを圧延器を用いて段階的に延伸して径を５mmから３．５mmへ、次に３．５mmから２mmへ、そして２mmから１．２mmへ、最後に１．２mmから０．８mmへと細くして、０．８mm径のワイヤを得た。このワイヤを巻取ってワイヤの一部分を試料として金属部分の含有酸素濃度を測定したところ、１００ppm 以下であり、ワイヤの外表面部分の錫部分の純度は９５％以上であった。
【００４３】
次に、ハンダごてを２２０℃に加熱し、このハンダごてを用いて上述のワイヤで、ＲＭＡタイプのフラックスを塗布したパソコン用基板のＱＦＰ（２０８pin 、金フラッシュメッキ仕上げ、０．５mmピッチ）の接合不良が生じていた部分の補強ハンダ付けを実施した。この結果、ハンダごてによってワイヤが溶融して生じた溶融ハンダが良好な濡れを示して接合不良部分に広がってパッドとリード部との隙間を満たし、好適に補強ハンダ付けが行われた。この際、松脂はクレームハンダに用いられるフラックスと同等の作用をした後にガス化したと考えられる。
【００４４】
（実施例４）
楔状の刃を有する切断機を用いて、拡大鏡で確認しながら実施例１で得られたワイヤを長さが１．５mmの円筒状ペレットに切断細粒化した。このペレットを吸引ストローで吸引してＢＧＡチップ（２０pin ）を搭載するための基板のハンダバンプの位置に並べた。この上の所定の位置に、チップマウンターを用いてＢＧＡチップを搭載し、酸素濃度が５００ppm 以下の窒素フローを用いて最高加熱温度２３０℃であるようにリフローしたところ、ペレットは溶融して溶融ハンダとなり、良好な濡れを示して基板とＢＧＡチップとを接合した。
【００４５】
（参考例）
酸素濃度１００ppm 以下の窒素雰囲気で満たされたグローブボックスの中で、純度９９．９８％の予め計量した錫９１ｇを坩堝に入れて加熱溶融させた。溶融した錫に純度９９．９９％の亜鉛９ｇを加えて溶融させ、清浄なステンレス製匙で攪拌して均一にした。この溶融金属を円筒形の金型に流し込んで冷却して固化した。この後、金型から固化した円筒状合金を取り出した。この円筒状合金の径は５mmであった。この合金を圧延器を用いて段階的に延伸して径を５mmから３．５mmへ、次に３．５mmから２mmへ、そして２mmから１．２mmへ、最後に１．２mmから０．８mmへと細くして、０．８mm径のワイヤを得た。松脂を主成分とする低融点フラックス（ＷＷ系統、千住金属工業社製）を溶解し、得られたワイヤをフラックス中に浸して取り出し、冷却して巻取った。巻取ったワイヤの一部分を試料として金属部分の含有酸素濃度を測定したところ、５０ppm 以下であり、金属組成はほぼ均一であった。
【００４６】
次に、ハンダごてを２２０℃に加熱し、このハンダごてを用いて上述のワイヤで、ＲＭＡタイプのフラックスを塗布したパソコン用基板のＱＦＰ（２０８pin 、金フラッシュメッキ仕上げ、０．５mmピッチ）の接合不良が生じていた部分の補強ハンダ付けを実施した。この結果、ハンダごてによってワイヤが溶融して生じた溶融ハンダが良好な濡れを示して接合不良部分に広がってパッドとリード部との隙間を満たし、好適に補強ハンダ付けが行われた。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハンダ材は、鉛を含まず大気雰囲気でも使用可能で良好な濡れを示す複層構造のハンダ材であり、様々な部材の接合組立に使用できるので、その工業的価値は極めて大である。また、本発明のハンダ材の製造方法は、このような複層構造のハンダ材を簡便に製造でき、高品質のハンダ材を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハンダ材の２つの実施形態（ａ）（ｂ）を示す断面図。
【図２】図１の実施形態（ｂ）における６つの具体例（ａ）〜（ｆ）を示す断面図。
【図３】図２の具体例（ａ）に該当する線状ハンダ材からから製造される粒状ハンダ材の具体例（ａ）〜（ｄ）を示す側面図（左：軸方向に見た図、右：径方向に見た図）。
【図４】図１の実施形態（ｂ）における他の具体例（ａ）〜（ｃ）を示す斜視図。
【図５】本発明に係る粒子状ハンダ材の他の具体例（ａ）〜（ｆ）を示す斜視図。
【符号の説明】
１，４ ハンダ材
２，５ 被覆層
３，６ 内層部
７ａ〜７ｆ ハンダ材
８，８ａ〜８ｈ 錫被覆層
９，９ａ〜９ｈ 亜鉛内層部
１０，１１，１２，１３ ハンダ片
１４，１５，１６ ハンダ材
１７，１８，１９，２０，２１，２３ 粒状ハンダ材

Claims (1)

1. 亜鉛層と錫層とからなるハンダ材であって、該亜鉛層は一軸方向に延伸した軸性を有する形状で、該錫層は該亜鉛層の軸を包囲するように該亜鉛層を被覆し、該錫層と該亜鉛層との割合が錫／亜鉛共晶組成となることを特徴とするハンダ材。

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