JP3990330B2 - 線状無鉛ハンダ、その製造方法及びハンダ接合方法。 - Google Patents

Description

本発明は、電気、電子又は機械部品の接合を鉛を含有しないハンダにより形成するための無鉛ハンダ材、その製造方法及びハンダ接合方法に関する。詳細には、回路基板等の電気、電子部品の接合を錫−亜鉛合金ハンダによって形成可能な無鉛ハンダ材、その製造方法及びハンダ接合方法に関する。

ハンダ付けは、融点が比較的低い金属を用いて物体同士を接合する技術であり、古くから用いられている。現代の産業において、ハンダ付けは電子機器の接合、組み立てに幅広く用いられている。実装基板においては、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接合等に用いられている。ハンダ付けの長所は、部品を基板に固定するだけでなく、ハンダを構成する金属の導電性により電気的接続が形成されることにある。

一般的に用いられるハンダは、錫と鉛とによる共晶ハンダで、その理論共晶点が１８３℃であり、多くの熱硬化性樹脂がガス化する温度よりも低いため、錫−鉛共晶ハンダは、基板等の接合に用いられ、プリント基板などを熱により損傷しなくて済むという特徴を有している。

このような特徴を備えた錫−鉛共晶ハンダは、電子機器の製造における部品の接合、組み立てに不可欠なものであり、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おいては、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としてスクリーン印刷方式等に従って用いられている。

最近のパソコンや携帯端末のパーソナル機器等の電子機器の急激な普及により、電子部品の実装技術におけるハンダ需要が益々増大している。電子機器の普及は、人々の生活を豊にする反面、使用されなくなった電子機器が多量に廃棄され、これらの廃棄物による環境問題が大きな議論となっている。このために、廃棄物のリサイクルや有害物質を使用しない製造方法の確立が望まれている。電子機器の製造においても、有害物質を用いない製造技術の開発が急務となっている。

錫−鉛共晶ハンダは、母材に対する濡れ性が他の金属混合物よりも優れた特性を有している。しかし、このハンダに含まれる鉛は、廃棄された電子機器を埋め立て処分した場合、長年に渡って酸性雨などに晒されることにより鉛イオンが土壌中へ溶出して人間を含む生物に及ぼす毒性が強く懸念される。これを解決するために、鉛の固定化技術も検討されているが、実用領域に達していない。そのため、有害な鉛イオンを排出しないようなハンダ接合及び電子機器の実装技術の確立が求められ、鉛を含まないハンダ（無鉛ハンダ）を用いた接合技術の実用化が必要とされている。このため、鉛を他の金属に代えたハンダや別の金属の組み合わせによるハンダの使用が検討されている（例えば、下記の特許文献１、２等）。

無鉛ハンダにおいては、汎用化を阻害する課題が多い。具体的には、無鉛ハンダとして提案されている錫−銀合金のハンダは、銀自身が貴金属であり高価なため、汎用製品として多量の使用は困難である。更に、排出する銀イオンの毒性から一部の国（州）では銀の使用が規制されている。また、大部分の無鉛ハンダは合金としての融点が高いため、ハンダ付け温度を上昇せざるをえず、熱硬化性基板の耐熱温度との関係から、具体的な実装技術に大きな困難さをもたらしている。つまり、母材との濡れ性が著しく劣り満足な接合性を発揮しなかったり、溶融温度が高いために接合する電子部品等を損傷し易いなどの問題を解消する必要がある。

また、スクリーン印刷を用いて行うソルダーペーストについても、鉛フリーのものが強く望まれており、近年、技術改良が進められて、無鉛ハンダ、例えば、錫−銀−ビスマスなどでソルダーペーストが実用領域に達したと言われているが、錫−鉛共晶ハンダと同レベルの融点を持つ錫−亜鉛共晶ハンダでは汎用化は難しいと言われている。

他方、電子機器の製造における部品の接合、組み立てや半導体実装においては線ハンダが用いられており、ハンダ付け時に金属表面を活性化するためにはフラックスが用いられ、具体的には、表面にフラックスが塗布された線ハンダやフラックス入りハンダが用いられる。フラックス入りハンダは、線ハンダの中心部にフラックスが内包された構成を有している（例えば、下記特許文献３）。線ハンダ表面のフラックスは、雰囲気、光等による酸化、劣化や物理的剥離により機能を損失し易いが、この点においてフラックス入りハンダはフラックスを塗布した線ハンダよりも有利である。
特許２８０５５９５号公報 特開平１０−５８１９０号公報 特開平１１−１４７１９７号公報

しかし、フラックス入りハンダを無鉛ハンダによって構成した場合、以下のような問題が生じる。

第１に、接合する母材表面及びハンダ表面の活性化がハンダ付け時に安定して発揮されず、思ったように接合強度が得られない。

第２に、亜鉛、ビスマス、インジウム等のような酸化し易い金属を含む合金ハンダの場合、フラックスも高い活性を必要とするため、フラックス入りハンダ内部で経時変化によりフラックスが変質するため、製品寿命が短い。

本発明は、上述した廃棄物中の鉛による環境問題を解決し、電子機器の実装時の作業性と接合性能の両立を実現可能な鉛フリーのハンダ付け技術を確立することを目的とする。

又、本発明は、従来のフラックス入り錫−鉛合金ハンダの代替物として使用でき、錫−亜鉛合金ハンダによるハンダ接合の実用化に適し汎用性が高い線状無鉛ハンダ、その製造方法及びハンダ接合方法を提供することを目的とする。

本願発明者は、錫−亜鉛合金を主とした無鉛ハンダの線ハンダによる接合時にフラックスを効率よく機能させるために鋭意研究を行ったところ、線ハンダの構成又はフラックスの使用形態を変えることにより、接合時のフラックスの作用を安定化させ、母材表面及びハンダ表面を十分に活性化することができることを見出した。

本発明の一態様によれば、線状無鉛ハンダは、無鉛ハンダとフラックスとを有する線状無鉛ハンダであって、前記無鉛ハンダ及び前記フラックスは、前記線状無鉛ハンダの径方向断面において各々渦巻状になるように配置されることを要旨とする。

又、本発明の他の態様によれば、線状無鉛ハンダは、無鉛ハンダ合金を構成するための複数の金属層とフラックス層とを有する線状無鉛ハンダであって、前記複数の金属層及び前記フラックス層は、前記線状無鉛ハンダの径方向断面において各々渦巻状になるように配置されることを要旨とする。

更に、本発明の一態様によれば、線状無鉛ハンダの製造方法は、層状無鉛ハンダの一側にフラックスを塗布する工程と、前記層状無鉛ハンダを巻回してロールを形成する工程と、前記ロールを軸方向に延伸する工程とを有することを要旨とする。

又、本発明の他の態様によれば、線状無鉛ハンダの製造方法は、無鉛ハンダ合金を構成するための複数の金属層とフラックス層とが積層された積層体を用意する工程と、前記積層体を巻回してロールを形成する工程と、前記ロールを軸方向に延伸する工程とを有することを要旨とする。

又、本発明の他の態様によれば、線状無鉛ハンダの製造方法は、無鉛ハンダリボンの一面にフラックスを塗布する工程と、前記無鉛ハンダリボンを巻回してロールを形成する工程と、前記ロールの中心にある前記無鉛ハンダリボンの一端を前記ロールの軸方向に引き出して前記無鉛ハンダリボンを紙撚り状に撚る工程とを有することを要旨とする。

更に、本発明の一態様によれば、ハンダ接合方法は、無鉛ハンダリボンの一面にフラックスを塗布する工程と、前記無鉛ハンダリボンを撚って紙撚り状ハンダを得る工程と、前記紙撚り状ハンダを加熱してハンダ付けする工程とを有することを要旨とする。

本発明によれば、電子機器の実装時の作業性と接合性能の両立を実現可能な鉛フリーのハンダによる接合材が提供され、良好に鉛フリーのハンダ接合を実施することができる。従って、製造業で広く用いられる接合材料の鉛フリー化を促進することができ、産業上及び環境対策上極めて有用である。

フラックス入りハンダを用いたハンダ付けにおいてフラックスの活性化機能が安定して発揮されない原因は、フラックスが線ハンダの中心部に集中しているために、接合する母材表面及びハンダ表面全体に行き渡らず、部分的に活性化が不足することにより接合が完全に形成されないことであり、これにより接合強度が不足する。無鉛ハンダは有鉛ハンダに比べて濡れ性が低下し易いので、フラックスの活性化が不足することは接合形成に大きく影響する。また、フラックスが集中していることにより、加熱時の膨張によりフラックスの飛び散りが生じ易く、これによるフラックスの損失が大きく、フラックス量が不足し易い。

これを改善する形態として、本発明では、図１に示すように、径方向断面においてハンダＳ及びフラックスＦが渦巻状に互いに巻回して位置する形状に線状ハンダを構成する。この構成により、フラックスＦは線状ハンダ中に分散して存在するので、ハンダＳとフラックスＦとの接触面積が著しく増加し、しかも、ハンダ接合する母材の表面にも行き渡り易くなる。また、フラックスの飛び散りによる損失も減少する。

フラックスの活性化機能が安定して発揮されない他の原因には、フラックスの変質がある。これは、雰囲気による酸化又は光による変質（外部による変質）と、ハンダとの反応による変質（内部での変質）とがある。ハンダ及びフラックスが渦巻き状になった線状ハンダでは、フラックスを線状ハンダ内部に配置し外周部のハンダによって隔離できるので、フラックスは外部からの影響を比較的受け難い。他方、線状ハンダ内部での変質は、フラックスの活性をある程度抑制することにより防止することができる。外部からの影響を受けない線状ハンダ内のフラックスは、外部からのフラックスの変質により低下する分だけ予め活性を弱めることができる。しかし、この点について更に改善するなら、ハンダからフラックスを分離して別体とし、ハンダ接合に用いる直前に線状ハンダを調製できるように構成を工夫することが有効である。

以下、本発明のハンダ材、その製造方法及びハンダ接合方法について、詳細に説明する。

本発明の線状無鉛ハンダは、層状ハンダを用いて製造する。図１の線状ハンダは、層状ハンダＬの一側にフラックスＦを塗布し、図２に示すようにフラックスＦが内側になるように層状ハンダＬを巻回してロールを形成し、ロールを軸方向に延伸することによって製造することができる。ロール内のフラックスが外気に接触しないように層状ハンダの端部にフラックスの無い余白部分を設けて余白部分で封止するとよい。フラックスの塗布面を外側にして巻回したロールでも同様に線状ハンダを形成できる。

この構造により、線状ハンダに内蔵されたフラックスが、高温／高湿下でも外に漏出ることがなく、フラックスと雰囲気中の酸素との反応も防止される。酸化防止剤のような安定性の低い物質をフラックスに配合できるので、接合強度を高めるために任意改良を施す自由度が高くなる。

製造方法を工夫すると、図３に示すような渦巻の形状の異なるものが得られる。図３（ａ）の線状ハンダは、一側にフラックスＦを塗布した層状ハンダを、フラックスＦが内側になるように２つ折りにして折り重なった積層体とした後に、これを巻回してロールを形成し延伸することによって得られる。折り目部分が外側になるようにしてロールを形成すれば、余白部分を設けなくてもフラックスＦは渦巻状のハンダＳａ内に封止される。折重ねた層状ハンダの一側に更にフラックスを塗布してロール状にしてもよい。図３（ｂ）の線状ハンダは、ハンダＳｂを構成するための複数の金属層Ｍａ，Ｍｂを有し、これらを形成するための２つの層状ハンダを用意し、これらの間にフラックスＦを挟持した積層体を作成し、この積層体を巻回してロールを形成する。これを軸方向に延伸することによって線状ハンダが得られる。金属層Ｍａ，Ｍｂは、同じ組成であっても異なる組成であってもよく、異なる組成の場合は、全体としてハンダ組成に合致すればよく、例えば、２種の単味金属により構成してもよい。金属層を３層以上にすることも可能であり、例えば、一方を錫−亜鉛共晶ハンダからなる金属層とし、他方を金属錫からなる金属層としてフラックスの塗布及び積層することも可能である。各層間にフラックス層を設けるとよい。また、金属で被覆した複層構造の金属板を使用してロールを形成してもよい。例えば、亜鉛箔に錫を被覆した金属シートを巻回することもできる。薄い層状ハンダを用いれば、ロールの渦巻の巻き数を多くすることができ、延伸により得られる線状ハンダ中のフラックスの分散性が増す。更に、巻回したロール表面を被覆する薄い金属層（例えば錫層等）をメッキや溶融金属、金属粉末を用いて形成してもよい。この被覆は、ロールの解れを防止し、フラックスを完全に外気から遮断する。錫による被覆層を形成すると、雰囲気酸化によるハンダ特性への影響が比較的少ない。

また、エンボス加工や溝付け加工により層状金属の表面に溝や凹凸などを付けてフラックスが付着・保持し易いようにすることもできる。例えば、フラックスの塗布厚に等しい高さの凸形エンボスを編目状に施してフラックスを塗布すると、フラックスが編目中に充填されて位置が安定し、エアも入り難い。ロールの延伸は、常法に従って圧延、引き抜き等の塑性加工によって行えばよい。

ハンダの全体組成として適用する無鉛ハンダ組成には、錫−銀−銅三元系合金、錫−銅合金系、錫−ビスマス合金系、錫−亜鉛合金系などがあり、いずれも使用することができるが、これらの中でも、融点が錫−鉛共晶合金に近い錫−亜鉛合金系、特に錫−亜鉛共晶合金（錫：亜鉛＝約９１：９（質量比））は、実装上、特に好ましい。錫−亜鉛合金系ハンダには、銀、銅、ビスマス、ニッケル、アルミニウム、マグシウム、インジウムなどを微量含ませることができる。

ハンダの酸化によって溶融温度が高くなり濡れ性も著しく低下するので、使用する金属線は、酸素及び酸化物の含有量が少ないものが望ましい。使用する金属線に含有する酸素または酸化物が多いと、金属線の表面がフラックスによって活性化されて溶融しても、内部は酸化物により溶融温度が高くなるため溶融せず、ハンダ付け温度を高めなければならない。この結果、液層表面での空気酸化もより進行しやすくなり、強いフラックスを用いても十分な濡れ性が得られなくなる。錫及び亜鉛以外の不可避の金属不純物が０．１質量％以下で、含有酸素濃度が１，０００ppm以下、好ましくは１００ppm以下となるように精製した錫−亜鉛線ハンダは濡れ性が良く、フラックスとして活性の高い物質を必要としない。

線状ハンダを製造するための層状ハンダ及び層状金属は、ハンダ合金又はこれを構成する成分金属を厚さ２０μｍ〜５mm、好ましくは５０μｍ〜２mmに成形したものを用いるのがよい。巻回したロールは、延伸作業の都合から、太さ３mm〜３cmであることが好ましく、段階的に延伸を繰り返して徐々に細くし、最終的に太さ０．３〜２．５mm、好ましくは０．５〜１．５mm程度の線状ハンダが得られる。延伸作業の際に金属及びフラックスが延び易いように３０〜１００℃程度に加温してもよい。線状ハンダの断面形状は、図示するような真円に限る必要はなく、必要に応じて塑性加工を施して断面形状が楕円や正六角形等の多角形になるように変形させてもよい。又、線状ハンダの外周面に凹凸や溝等を付してもよい。

本発明において、層状ハンダの間に保持されるフラックスの割合は、ハンダに対して０．３〜１０質量％、好ましくは１〜５質量％となるように使用量を設定する。

本発明の線状ハンダをハンダ付け直前に製造して用いることも可能であり、この場合、フラックスと層状ハンダとは別体として供給され、図４のように、層状ハンダとして細長い箔状のハンダリボンＲを用いて製造する。ハンダリボンＲは、一側面にフラックスＦを塗布した後に、フラックスが内側になるように捻り回転させて撚りを加えることにより紙撚り状にする。これにより、その断面は図１と同様にハンダ及びフラックスが渦巻き状態に配置された線状ハンダとなる。あるいは、フラックスＦを塗布したハンダリボンＲをフラックスが内側になるように一旦巻き取り、リボンロールの中央にあるリボンの一端をロールの軸方向に引き出しながら捻りを加えれば、同様に紙撚り状の線状ハンダが得られる。この際、リボンロールの巻き取りを進行させながらリボンを引き出すと、継続して線状ハンダを作成することができる。あるいは、断面形状が円弧状の長いガイド部材を用いてハンダリボンを紙撚り状に巻くことも可能である。この場合、フラックスを塗布したリボンを、ガイドの軸方向に対してリボンが僅かに傾斜するようにガイドの円弧状周面に沿って走行させ、リボン末端の側端側から少しずつ斜めに巻き込めばよい。

このように、ハンダリボンから紙撚り様に線状ハンダを作成する場合、延伸を行うとフラックスがはみ出すため、延伸が不要なようにリボンの厚さや巻き数を設定する。撚りを加える作業の点から、ハンダリボンの厚さは１０〜５００μｍ程度、幅は５〜３０mm程度が好ましい。図２のロールを延伸する場合と同様に、複数のリボンを重ねて撚ってもよい。

以下、フラックスについて説明する。

ハンダ接合に用いるフラックスの役割は、基本的には、ハンダ表面及びハンダ付けする部材（母材）表面の自然酸化膜の除去及び清浄化並びにハンダ付け工程中の再酸化防止といった化学的なものであり、機械的には、ハン付けに使用するまでの間必要な形態を維持可能な物性を有すればよい。従って、金属酸化物を溶解、分解又は還元して金属表面を清浄化する成分（活性剤）が本発明におけるフラックスの必須成分であり、バインダー成分（粘結剤）は前述した実施形態に応じて適宜使用される。このようなフラックスは、化学作用及び機械的作用を効率よく発現させるべく必要に応じて種々の物質を配合して構成される。

具体的には、錫−鉛ハンダ用のフラックスや無鉛ハンダ用フラックスが使用できる。より具体的には、一般的なフラックス入りハンダつまり脂入りハンダに使用されるＪＩＳ Ｚ３２８３に規定するＡＡ又はＡのフラックス等を本発明のフラックスとして使用できる。

一般的には、フラックスを構成する主成分は樹脂で、例えば、アビエチン酸を主成分とするロジン系樹脂（松脂）や、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑性合成樹脂が用いられ、ハンダ及びハンダ付けする部材表面を被覆する。ロジン系樹脂は、フラックスの機械的作用（バインダー成分としての作用）だけでなく化学的な作用（活性剤としての作用）も担う。このような樹脂成分に加えて、清浄力等の化学的作用を補いハンダの接合性を向上させるための活性剤、活性剤の作用を補助する補助活性剤、印刷によるパターン塗布等を可能とするためのチキソ剤、これらを溶解、混合させるための溶剤等を必要に応じて適宜取捨選択して配合することによりフラックスが調製される。本発明におけるフラックスもこれに従って調製でき、一般に用いられているフラックスの含有成分（前述した活性剤、補助活性剤等）を適宜取捨選択して使用できる。例えば、重合松脂（ロジン）、有機酸、有機アミン化合物、グリセリン、エチレングリコール、各種アルコール、水などをフラックスの成分として使用することができる。

フラックスの主成分として、アビエチン酸を主成分とするロジン系樹脂（松脂）や熱可塑性合成樹脂をバインダー成分として用いることができ、ロジン系樹脂の具体例としては、ガムロジン、ウッドロジン、トールロジン及びこれらから得られる変性ロジン、ロジンエステル等がある。熱可塑性合成樹脂としては、ポリエステル樹脂やアクリル樹脂などが挙げられる。ロジン系樹脂は、活性剤としても機能する。フラックス中の樹脂の含有量はおよそ１０〜６０質量％が好ましい。

金属酸化物の溶解、分解又は還元により金属表面を清浄化しハンダの接合性を向上させるための活性剤として、ロジン系樹脂以外に、アミン類のハロゲン化水素酸塩等を用いることができる。亜鉛を含有するハンダの場合は、亜鉛との反応を抑えるために、ハロゲン化水素酸の添加量は極力少なくすることが望ましく、フラックス中の活性剤の含有量はおよそ０〜１０質量％が好ましい。

上記成分を溶解、混合させるための溶剤として、グリセリン、イソプロパノール、ブタノール等を用いることができる。フラックス中の溶剤の含有量はおよそ５〜６０質量％が好ましい。

ハンダに光沢を付与するためには有機酸が添加される。例えば、クエン酸、乳酸、アジピン酸、ステアリン酸などがある。このような有機酸の使用量はフラックスの０．５〜３０質量％程度が好ましい。

フラックスのｐＨを調整してダレを防止するためや良好な丸形のハンダを形成するためには有機アミン化合物が添加される。一般的に良く用いられるものとしては、例えば、モノエタノールアミン、ステアリルアミン、ジフェニルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルアミン、アニリン並びにこれらの塩が使用される。このような有機アミン化合物の使用量は上記有機酸や活性剤等の含有量にもよるが、概してフラックスの０．５〜３０質量％程度が好ましい。

上述のようにフラックスを内包する線状ハンダを製造する場合、フラックスは塑性加工に対応可能な程度の物性が必要であり、ロジンや変性ロジン等のバインダー成分やチキソ剤、アルギニン、カルボキシメチルセルロース等の増粘剤等を多めに配合し、活性剤の活性等が抑制される。又、抗酸化物質として、ビタミンＥ（α−トコフェロール）、ビタミンＣ（Ｌ−アスコルビン酸）、カテキン、リグナン、カロチノイド等を配合すると、フラックスの酸化劣化を防止でき、活性酸素除去剤としての強い作用により加熱時のハンダの再酸化を抑制できる。ビタミン等の配合量は１００ppm〜１０質量％程度が好ましい。フラックスをハンダと別体とする（ハンダリボンを用いる）場合は、活性剤の活性を抑制する必要がなくなる。この場合、フラックスの塗布は、ハンダ付け前６０分以内、好ましくは５分以内に行うと、効率よく活性が発揮され、良好な接合が得られるので好適である。

上述に従って調製した線状ハンダをハンダ付けする金属部材に接触させて加熱することによってハンダ付けが実施される。加熱工程において、１００〜１７０℃程度の温度に加熱すると、上述のフラックスがハンダ層又は金属層の表面と反応して表面の浄化が進行し活性化すると共にフラックスが気化・分解し、浄化されたハンダ層又は金属層と母材（接合する金属部材）表面とが接触する。続いてハンダが溶融する温度に加熱することによりハンダが溶融し、ハンダの本来の濡れ性が発揮されて良好なハンダ付けが行われる。この後、冷却することにより金属部材はハンダによって接合される。フラックスがハンダ層間に薄く分散配置することにより、溶融フラックスが大きな液滴を形成して飛び散ることが抑制され、ハンダ表面及び母材表面にフラックスが拡がる。加熱する時間は、２００℃以下で３０秒以下、２４０℃では１０秒以下であることが好ましく、必要以上に加熱を続けることはハンダの酸化が進行し易い。

ハンダを構成する層状金属として錫板及び亜鉛板などの単味金属板を用いた線状ハンダの場合、錫層と亜鉛層の接触界面から溶融し始め、空気酸化を受け易い液状ハンダが線状ハンダの内部に生じ、ハンダの酸化による濡れ性の低下を抑制できる。亜鉛が酸化を受け易いことを考慮すると、亜鉛層が錫層に被覆され、線状ハンダ全体の組成が共晶組成になる線状ハンダが好ましい形態と言える。

ハンダ付け工程は、非酸化性雰囲気で行うのが望ましいが、大気雰囲気中で行うことも可能である。非酸化性雰囲気でのハンダ付けでは、ハンダの酸化防止により錫−亜鉛合金の場合でも溶融状態での切れあるいは低粘性が維持され、高密度実装基板の接合のような緻密な結合の形成にも対応が容易である。

本発明のハンダ材は、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム、ＳＵＳステンレス鋼などの単種の金属部材だけでなく、合金材及び複合金属材の部材の接合についても適用可能である。また、精細なハンダ接合にも十分対応でき、狭い間隙を有する細線状の金属部材では線幅及び線間隙が０．３mm程度の部材のハンダ接合に対応できる。従って、基板の実装や各種電気電子部品の接合のためのハンダ接合に使用することができる。電気電子部品の例としては、半導体、パーソナルコンピューターなどにに内蔵されるハードディスク、液晶パネルの電気回路、ＩＣカード、パーソナルコンピューターやプリンターの接続に用いられるケーブルコネクター、通信用ケーブルに用いられる光コネクター、自動車のラジエーター等が挙げられる。

基板の実装形態には、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挙げられるが、いずれにおいても本発明の接合材を使用することができる。また、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、コイル等が挙げられる。能動部品としては、ＩＣ、ＳＩ等が代表例である。パッケージ形状としては、ＳＯＩＣ、ＳＯＰ、ＱＩＰ、ＱＦＰ、ＰＬＣＣ、ＬＣＣ、ＳＯＪ、ＭＳＰ、ＰＣ−ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＰＬＣ、ＭＣＭ、ＯＥ−ＭＣＭ及び複数チップを重ねる高密度チップ等が挙げられる。

接合する部材の材質に応じて、部材に予めプリコートを施してもよく、プリコートの組成やプリコート方法を適宜選択することができる。

ハンダ付け工程において、還元性雰囲気を用いると更に効果的である。還元性雰囲気としては、窒素等の不活性ガスに還元性を有するガス状物質を適宜含有させた雰囲気が挙げられる。還元性を有するガス状物質には、水素や、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール蒸気、燐酸、酢酸等の酸蒸気等が挙げられる。

本発明の線状ハンダは、現状の電気・電子組み立て品製造工程において用いられている線ハンダ又はフラックス入りハンダ用の装置及び設備を使用してハンダ付けを行うことができるので、汎用性が高く、錫−亜鉛合金ハンダ等による部品の鉛フリー接合を推進する上で極めて有用である。又、組成がシンプルな錫−亜鉛二元合金ハンダを用いることにより接合不良部品及び使用済み部品の回収、リサイクルにおける取扱いが簡易になるので、金属の回収・再利用にも有利である。

以下、実施例により本発明の詳細を説明する。

［ハンダ材試料の調製］
（試料１） 管状の錫−亜鉛共晶合金（錫：亜鉛（質量比）＝９１：１）に軸方向に沿って切り目を入れ、この切り目から管状合金内に、ＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されるＡＡタイプのフラックスを注入して切り目を閉じ、引き抜き型に挿入して太さ約０．８mmのフラックス入り線ハンダを製造した。

（試料２） 錫−亜鉛共晶合金を溶融して板状に引き延ばし、厚さ１．７mm、幅１５cm、長さ２．５ｍの板状ハンダを得た。この板状ハンダの一面にＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されるＡＡタイプのフラックスを約０．５mmの厚さに塗布し、フラックスを塗布した面を内側にして板状ハンダの一方の短辺側から巻き込んで太さ約２．２cm、長さ２．５ｍのロールを形成し、他方の短辺側端部をロールの外周面に融着させた。このロールの断面におけるフラックスの渦巻は、５周の渦を巻いていた。ロールを５０℃に加熱して段階的に延伸し、太さ約０．８mmの線状ハンダを得た。

（試料３） 錫−亜鉛共晶合金を溶融して薄く引き延ばし、厚さ０．１mm、幅１．０cm、長さ１０ｍのハンダリボンを得た。このハンダリボンの一面にＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されるＡＡタイプのフラックスを約５０μｍの厚さに塗布し、フラックスを塗布した面を内側にしてハンダリボンの一端側から斜めに巻き込んで紙撚り状に巻回し、ハンダリボンの他端をロールの外周面に融着させた。これにより、太さ約１．０mmで径方向断面の渦巻が４周した線状ハンダを得た。

（試料４） 錫−亜鉛共晶合金を溶融して板状に引き延ばし、厚さ１．２mm、幅５．５cm、長さ２．５ｍの板状ハンダを得た。この板状ハンダの一面にエンボス加工（約１mm角の編目形状、高さ０．５mm）を施してＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されるＡＡタイプのフラックスを約０．５mmの厚さに塗布して編目状エンボス間を埋め、フラックスを塗布した面を内側にして板状ハンダの一方の短辺側から巻き込んでロールを形成し、他方の短辺側端部をロールの外周面に融着させた。このロールの断面におけるフラックスの渦巻は、約４周の渦を巻いていた。ロールを４０℃に加熱して段階的に延伸し、太さ約１．２mmの線状ハンダを得た。

（試料５） 錫−亜鉛共晶合金を溶融して引き延ばした板状ハンダを段階的に圧延して、厚さ０．１mm、幅３．６cm、長さ１０ｍのハンダ箔を得た。このハンダ箔の一面の半分にＡＡタイプのフラックスを約０．１５mmの厚さに塗布し、フラックスを塗布した面を内側にして２つ折りに折重ね、折り目部分が外側になるように反対側から巻き込んでロールを形成し、折り目部分をロールの外周面に融着させた。このロールの断面におけるフラックスの渦巻は、４周の渦を巻いていた。ロールを４０℃に加熱して段階的に延伸し、太さ約１．５mmの線状ハンダを得た。

（試料６） ３つの平行な内孔を有する管状の錫−亜鉛共晶合金（錫：亜鉛（質量比）＝９１：１）に軸方向に沿って切り目を入れ、この切り目から管状合金の３つの内孔に、ＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されるＡＡタイプのフラックスを注入して切り目を閉じ、引き抜き型に挿入して太さ約０．８mmのフラックス入り線ハンダを製造した。

［ハンダ接合］
試料１〜６の各ハンダ材を用いて、銅板と銅線とを接合する実験を行った。即ち、ハンダ鏝でハンダ材を加熱して溶融したハンダで銅板及び銅線を濡らしてハンダ接合した。

ハンダ接合部の接合状態を視覚的に評価し、接合強度を調べた。結果を表１に示す。尚、視覚評価における「Ａ」は「ハンダ接合部近傍にハンダ／フラックスの飛び散り無し」を、「Ｂ」は「ハンダ接合部近傍にハンダ／フラックスの飛び散り有り」を示し、接合強度における「○」は、「強度が優れている」を、「△」は、「強度がやや不十分である」を、「×」は、「強度が非常に劣る」を示す。

（表１）
試料 視覚評価 接合強度
１ Ｂ △
２ Ａ ○
３ Ａ ○
４ Ａ ○
５ Ａ ○
６ Ｂ △〜○

錫−亜鉛共晶合金を溶融して薄く引き延ばし、厚さ０．１０mm、幅１．５cmのハンダリボンを得た。このハンダリボンの一面にＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されるＡタイプのフラックスを約３０μｍの厚さに塗布し、フラックスを塗布した面を内側にしてハンダリボンの一端側から斜めに巻き込んで紙撚り状に巻回しながら、実施例１と同様の銅板と銅線との接合実験に用いた。尚、紙撚り状線状ハンダの太さは約１．０mmで、径方向断面の渦巻は４周回であった。

接合実験の結果、ハンダ接合部の接合状態を観察したところ、フラックスの飛散もハンダの飛散も見られず、満足な接合を形成していた。

本発明の線状無鉛ハンダの一実施形態を示す軸方向に垂直な断面図である。 図１の線状無鉛ハンダの製造を説明するための斜視図である。 本発明の線状無鉛ハンダの他の実施形態を示す軸方向に垂直な断面図（ａ），（ｂ）である。 本発明の線状無鉛ハンダの更に他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ ハンダ、 Ｆ フラックス
Ｌ 層状ハンダ、 Ｍａ，Ｍｂ 金属層、 Ｒ ハンダリボン

Claims (13)

1. 無鉛ハンダとフラックスとを有する線状無鉛ハンダであって、前記無鉛ハンダ及び前記フラックスは、前記線状無鉛ハンダの径方向断面において各々渦巻状になるように配置されることを特徴とする線状無鉛ハンダ。
2. 無鉛ハンダ合金を構成するための複数の金属層とフラックス層とを有する線状無鉛ハンダであって、前記複数の金属層及び前記フラックス層は、前記線状無鉛ハンダの径方向断面において各々渦巻状になるように配置されることを特徴とする線状無鉛ハンダ。
3. 前記複数の金属層は、各々、前記無鉛ハンダ合金を構成する異なる金属からなる請求項２記載の線状無鉛ハンダ。
4. 前記無鉛ハンダは、錫−亜鉛合金組成を有する請求項１〜３のいずれかに記載の線状無鉛ハンダ。
5. 前記フラックスは、ロジン又は変性ロジンと、有機酸と、アミンと、抗酸化剤とを含有し、前記抗酸化剤は、ビタミンＣ、ビタミンＥ、カテキン、リグナン、カロチノイドからなる群より選択される少なくとも１種の化合物である請求項１〜４のいずれかに記載の線状無鉛ハンダ。
6. 層状無鉛ハンダの一側にフラックスを塗布する工程と、前記層状無鉛ハンダを巻回してロールを形成する工程と、前記ロールを軸方向に延伸する工程とを有することを特徴とする線状無鉛ハンダの製造方法。
7. 前記塗布工程の前に、前記層状無鉛ハンダの一側にエンボス加工又は溝付け加工を施す工程を有する請求項６記載の線状無鉛ハンダの製造方法。
8. 無鉛ハンダ合金を構成するための複数の金属層とフラックス層とが積層された積層体を用意する工程と、前記積層体を巻回してロールを形成する工程と、前記ロールを軸方向に延伸する工程とを有することを特徴とする線状無鉛ハンダの製造方法。
9. 前記積層体の用意工程は、フラックスを板状無鉛ハンダ合金の一面に塗布する工程と、前記フラックスが内側になるように前記板状無鉛ハンダ合金を折り重ねる工程とを有する請求項８記載の製造方法。
10. 前記複数の金属層は、各々、前記無鉛ハンダ合金を構成する異なる金属からなる請求項８記載の製造方法。
11. 無鉛ハンダリボンの一面にフラックスを塗布する工程と、前記無鉛ハンダリボンを巻回してロールを形成する工程と、前記ロールの中心にある前記無鉛ハンダリボンの一端を前記ロールの軸方向に引き出して前記無鉛ハンダリボンを紙撚り状に撚る工程とを有することを特徴とする線状無鉛ハンダの製造方法。
12. 無鉛ハンダリボンの一面にフラックスを塗布する工程と、前記無鉛ハンダリボンを撚って紙撚り状ハンダを得る工程と、前記紙撚り状ハンダを加熱してハンダ付けする工程とを有することを特徴とするハンダ接合方法。
13. 前記無鉛ハンダは、錫−亜鉛合金、又は、ビスマス、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム及びインジウムからなる群より選択される少なくとも１種の金属を含有する錫−亜鉛合金により形成される請求項１〜５のいずれかに記載の線状無鉛ハンダ。

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