JP4851677B2

JP4851677B2 - コイル部品およびコイル部品の半田付け方法

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Publication number: JP4851677B2
Application number: JP2002288248A
Authority: JP
Inventors: 大樹山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004128103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコイル部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属ワイヤからなるコイルを具備するコイル部品としては、特開平５−６２８３７号公報（特許文献１）、特開２０００−２５２１３７号公報（特許文献２）、特開２００１−７６９３４号公報（特許文献３）、特開２００２−１１０４２９号公報（特許文献４）に示されたようなインダクタンス素子が存在する。これらインダクタンス素子は、磁性材料からなるコアに金属ワイヤを巻線することによりコイル部品としている。また、コイル部品の他の一例としては特開平６−２７５９９９号公報にあるように空心コイルを用いたコイル部品もある。
【０００３】
このようなコイル部品は金属ワイヤに電気を流すことによってインダクタンス素子として機能することから、金属ワイヤの先端部を実装先の基板上の回路配線またはリード配線などの接続先の配線と接続しなければならない。
従来、このようなコイル部品と配線との接続には、例えばＰｂ−Ｓｎ系合金かならる鉛半田が用いられていたが、近年の環境問題から鉛半田が使用できなくなる傾向にあった。鉛半田が使用できなくなることに伴い実質的に鉛を使用しない鉛フリー半田が用いられるようになった。鉛フリー半田としては、特開平１１−２２１６９４号公報（特許文献６）、特開２００２−１７１０５３号公報（特許文献７）に記載されたようにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ｚｎ系半田、Ｓｎ−Ｂｉ系半田など様々な材料が開発されている。組成も重量比（質量％、残部Ｓｎ）で、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−０．５Ｃｕ−０．３Ｓｂ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ−０．３Ｓｂ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉなど様々なものが存在している。
【０００４】
ところで、半田を用いてコイル部品を接続先の配線と接続する場合、金属ワイヤの先端部の半田付け部を構成する材料とのぬれ性によっては一回の半田付けで十分な接続ができない場合がある。十分な接続ができていないと、その部分で導通不良が発生してしまいコイル部品を搭載した回路が機能しないと言った不具合が生じてしまう。
【０００５】
このような接続不良を回避するための方法としては、コイル部品の半田付け部に半田被覆を予め設ける予備半田処理が好適である。このような予備半田処理を施した上で、接続先の配線と半田接合を行うと接続不良を無くすことができる。予備半田処理を行う場合、従来はＰｂ−Ｓｎ合金半田が主であったことから予備半田処理もＰｂ−Ｓｎ合金半田で行うことにより対応可能であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−６２８３７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２５２１３７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−７６９３４号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開２００２−１１０４２９号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平６−２７５９９９号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開平１１−２２１６９４号公報
【００１２】
【特許文献７】
特開２００２−１７１０５３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の鉛フリー半田は、様々な種類があり、各メーカーで異なる組成の鉛フリー半田を用いているのが現状であった。組成の異なる鉛フリー半田、特に添加元素の異なる鉛フリー半田同士はぬれ性が必ずしも良いものではなかった。また、コイル部品を接続先の配線と半田接合する際には、配線および予備半田部分に熱を加えて半田部分を溶かした後に接合する。この半田接合加熱の際に予備半田材料が半田ごてに付着したり、半田槽などに溶け出して鉛フリー半田の組成に影響を与えてしまう場合がある。特に、予備半田処理の半田材料（予備半田材料）と、接続先の配線と半田接合するときの鉛フリー半田の材質（第２成分以降の元素）が異なると、鉛フリー半田に異なる材料を添加しているのと同じ状態になりその融点、引っ張り強度、伸び、ヤング率などに影響を及ぼすため、必ずしも好ましい現象であるとは言えなかった。
【００１４】
このため予備半田処理を行うには、各メーカーが使用している鉛フリー半田の材質に合せた予備半田材料を選定しなければならず、具体的には各メーカーが使用している鉛フリー半田と同一組成または同一添加元素の半田により予備半田処理をしなければならなかった。そのため、コイル部品メーカーとしては各種鉛フリー半田を用意せねばならず作業が煩雑になり製造性が悪くコストアップの要因となっていた。
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、鉛フリー半田により接続先の配線と半田付けされるコイル部品において、各種鉛フリー半田に適用可能なコイル部品を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のコイル部品は請求項１に記載したように、金属ワイヤからなるコイルを具備するコイル部品において、該金属ワイヤの先端部に半田付け部があると共に該半田付け部には純錫被膜が設けられていることを特徴としている。
また、該コイルは磁性コアに巻回されているものであってもよい。また、該金属ワイヤに絶縁被覆が施されていることが好ましく、該純錫被膜の錫の割合が９９．９質量％以上であることが好ましい。
本発明によれば、予備半田処理として純錫被膜を設けていることから、様々な鉛フリー半田に対応可能なコイル部品を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明のコイル部品は、金属ワイヤからなるコイルを具備するものである。金属ワイヤの材質は特に限定されるものではないが導電性、軽量化および価格の観点からすると銅線が好ましい。また、金属ワイヤの線径についても特に限定されるものではないが、コイリングのし易さやコイル形状の維持性を考慮すると線径は０．０５〜３．２ｍｍまたは平角銅線で幅１．８〜１６ｍｍ厚さ０．８ｍｍ〜４．５ｍｍのものが好ましい。また、金属ワイヤの長さ（コイルの長さ）については求めるインダクタンス値などに応じて任意に決めることができる。
【００１７】
このようなコイルを具備するコイル部品において、金属ワイヤの先端部に半田付け部を設けることを特徴とするものである。金属ワイヤの先端部、つまりはコイルの先端部は、実装先の基板上の回路配線またはリード配線などと導通を図るために接続される部分のことを示す。そのため、本発明の半田付け部は、例えば、図１や図２に示したような金属ワイヤの先端部をそのまま半田付け部として使用するものであってもよいし、図３に示したように金属ワイヤの先端部に金属端子を別途設けたものであってもよい。図中、１はコイル（金属ワイヤ）、２は磁性コア、３は金属端子、４は金属ワイヤの先端部、５は半田付け部である。
【００１８】
本発明では、上記半田付け部に純錫被膜を設けることを特徴とするものである。ここで「純錫」とは錫の割合が９９．９質量％以上のものを示す。不純物成分の割合が０．１質量％以下の純錫被膜を設けることにより、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ｚｎ系半田、Ｓｎ−Ｂｉ系半田など様々な鉛フリー半田とのぬれ性が安定することから鉛フリー半田により半田付けされる際の接続不良を改善することができる。
純錫の好ましい純度は錫の割合が９９．９９質量％以上のものである。純錫中には、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｂなど様々な金属成分が不可避不純物として混入している場合がある。このような不可避不純物があまり多いと各種鉛フリー半田とのぬれ性に影響を与えることから錫の純度は高い方が好ましい。不可避不純物が多いと実質的に第２成分を多く含む半田となり、同様に第２成分を含む鉛フリー半田の第２成分（錫以外の成分）が異なることからぬれ性が低下するものと思われる。一方、錫の純度があまり高すぎると錫の価格が高くなることから、錫の純度は９９．９〜９９．９９９質量が好ましい範囲と言える。
【００１９】
純錫被膜の厚さは特に限定されるものではないが、厚さ０．０１〜０．３ｍｍ（１０〜３００μｍ）程度あれば十分である。厚さが０．０１ｍｍ未満では膜厚を均一に保つことが難しく、０．３ｍｍを超えると必要以上に膜厚が厚くなり鉛フリー半田による半田付けの際に錫が流れ落ちるといった不具合が発生する可能性がある。このため、好ましくは厚さ０．０２〜０．２ｍｍである。
【００２０】
また、半田付け部に純錫被膜を設ける際は、半田付け部全体を被覆することが好ましいが、少なくとも鉛フリー半田により半田付けされる個所に純錫被膜を設けていれば十分である。例えば、図３のように金属端子を用いる場合は、金属端子の片面のみに純錫被膜を設ける形態であるとコイル部品の裏表の方向性を見分けることに使用できる。
純錫被膜の形成方法は任意であるが、純錫溶湯曹の中に半田付け部を浸漬する方法（例えば、じゃぶ漬け）が安価で好ましい。純錫被膜の膜厚については、浸漬時間、引き抜き速度、乾燥方法などによって調整可能である。
【００２１】
本発明では、上記のようにコイル部品の半田付け部に純錫被膜を設ける予備半田処理を行っていることから、各種鉛フリー半田とのぬれ性が安定する。そのため、異なる組成の鉛フリー半田を使用している各メーカーに対して、予備半田材質を変えることなく販売することができる。また、純錫被膜を使用することにより、鉛フリー半田との接合の際に純錫が溶け出して鉛フリー半田を溶かすための冶具（例えば、半田ごてや半田槽）に付着したり溶け出したとしても、予備半田材料の第２成分以降の元素が鉛フリー半田に混入すると言った悪影響を実質的に無くすことができる。
【００２２】
本発明のコイル部品はコイルを具備していればよいので、磁性コアは必ずしも必須ではないが、より高いインダクタンス値を得るためには磁性コアがあった方が好ましい。磁性コアを構成する磁性材料は、フェライト、アモルファス合金、微細結晶を有するＦｅ基軟磁性合金など様々なものが適用可能である。また、磁性コアの形状についても特に限定されるものではなく、トロイダル型、板型、Ｅ型、Ｉ型など様々な形状のものを使用することができる。
【００２３】
また、金属ワイヤには絶縁被覆が施されていることが好ましい。絶縁被覆が施されていると、例えば磁性コア材質がアモルファス合金等の合金で形成されている場合に金属ワイヤと磁性コアが導通するのを防ぐことができる。また、金属ワイヤに絶縁被覆を施しておくと、金属ワイヤが接触した状態でコイルを形成できることからコイルの巻数を増やすことができるのでインダクタンス値の調整を行い易くする。
絶縁被覆としては、エポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ポリウレタン、エナメル、フッ素系樹脂などの有機物による絶縁被覆が好ましい。このような絶縁被覆を施した金属ワイヤとしては、マグネットワイヤと呼ばれているが好ましい。また、絶縁被覆の別の例としては、コイルをケースに入れアルミナ等の絶縁性セラミックス粉末や前述の絶縁性樹脂（有機物）中に埋設する方法や、単にコイル全体をモールド処理する方法もある。
【００２４】
次に、本発明のコイル部品の製造方法の一例を示す。
まず、金属ワイヤ（または絶縁被覆を施した金属ワイヤ）を用意する。次に、必要に応じ磁性コアを用意し、金属ワイヤをコイリングしていく。
次に、金属ワイヤの先端部に半田付け部を形成する。半田付け部の形成は、前述のように金属ワイヤの先端をそのまま半田付け部としてもよいし、別途金属端子を接続しても良い。また、必要に応じ、コイルをケースに収納したり、絶縁樹脂によるモールド処理を行っても良い。また、金属ワイヤに絶縁被覆が施されている場合は、前もって半田付け部に相当する部分の絶縁被覆を除去しておいても良い。
次に、半田付け部に純錫被膜を設ける。純錫被膜の形成方法は任意であるが、例えば、純錫溶湯中に浸漬する方法や錫メッキなどの方法を適用しても良い。
【００２５】
純錫被膜を設けることによりコイル部品は完成する。また、このコイル部品を基板などの回路配線に鉛フリー半田を用いて接続することによりその機能を発揮する。なお、回路配線への接続は、基板上の配線に直接半田付けするディスクリートタイプや表面実装タイプであってもよいし、リード線や端子などに半田付けするタイプであってもよく特に限定されるものではない。
【００２６】
完成したコイル部品を長期に渡り大気中で放置しておくと純錫被膜上に酸化被膜が形成されてしまうことがある。酸化被膜が形成されて鉛フリー半田とのぬれ性に影響がでる恐れがある場合には、コイル部品を密閉容器に梱包しておいても良い。また、酸化されてしまうという観点からすると密閉容器中の雰囲気を真空中または不活性雰囲気とすることが好ましい。真空中としては１０^−２Ｐａ以下、不活性雰囲気としては窒素、アルゴン雰囲気が挙げられる。
また、密閉容器の材質は特に限定されるものではないが、ビニール袋など外気を遮断できるものであればよい。コイル部品の梱包数も１個ずつでもよいし、複数個まとめて梱包したものであってもよい。
【００２７】
以上のような梱包体中にコイル部品を収納しておくことにより、純錫被膜の酸化による不具合を無くすことができる。なお、コイル部品を接続先の配線（実装基板上の配線またはリード線）に接続する際は、密閉容器から取出して使用することは言うまでもない。
上述したように本発明のコイル部品は、金属ワイヤ（コイル）の先端部に半田付け部を有すると共に、半田付け部に純錫被膜を設けていることから、各種鉛フリー半田との相性がよく半田付けを安定して行うことができるため接続不良が非常に起きづらい。また、純錫被膜を用いていることから、従来のように各種鉛フリー半田と同一組成の被膜処理（予備半田処理）を施す必要がないので、製造性を向上させることができる。また、鉛フリー半田により半田接合する際に、予備半田材料が鉛フリー半田に混入しても悪影響を実質的に与えないで済む。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
アモルファス合金薄帯を巻回した外径１８ｍｍ×内径１４ｍｍ×高さ５ｍｍの磁性コアを用意した。金属ワイヤとして、線径０．１ｍｍのポリウレタン被覆銅線を用意し、磁性コアに巻線処理を施すことにより図１に示したコイル部品を作製した。なお、磁性コアは外径１９ｍｍ×内径１３ｍｍ×高さ６ｍｍの絶縁性樹脂ケースに入れたものを用いた。
巻線処理後のコイル部品の金属ワイヤ（コイル）の両先端部３ｍｍのポリウレタン被覆（絶縁被覆）を除去し半田付け部とした。
該半田付け部に予備半田処理として純度９９．９質量％以上の純錫被膜を厚さ３０μｍ形成することにより実施例１に係るコイル部品とした。
【００２９】
（実施例２）
金属ワイヤとして線径１ｍｍのエナメル被覆銅線を用いて図２に示した空心形コイル部品を形成した。金属ワイヤの先端部３ｍｍのエナメル被覆を除去して半田付け部とした。
該半田付け部に予備半田処理として純度９９．９〜９９．９９９質量％の純錫被膜を厚さ５０μｍ形成することにより実施例２に係るコイル部品とした。
【００３０】
（実施例３）
アモルファス合金薄帯を用いて図３に示したコイル部品を形成した。
金属ワイヤとして線径０．１ｍｍのエナメル被覆銅線を用い巻線処理を施した。巻線処理後、金属ワイヤの両先端部２ｍｍのエナメル被覆を除去し銅板製金属端子にそれぞれ半田接合した。
該金属端子表面に予備半田処理として純度９９．９質量％以上の純錫被膜を厚さ８０μｍ形成することにより実施例３に係るコイル部品とした。なお、実施例３のコイル部品のサイズおよび用いた材料は特開２００２−１１０４２９号公報（参考文献４）実施例１と同様のものとする。
【００３１】
（比較例１）
予備半田処理の純錫被膜をＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕに変える以外は実施例１と同様のものを比較例１に係るコイル部品とした。
（比較例２）
予備半田処理の純錫被膜をＳｎ−９Ｚｎに変える以外は実施例１と同様のものを比較例２に係るコイル部品とした。
（比較例３）
予備半田処理の純錫被膜をＳｎ−５８Ｂｉに変える以外は実施例１と同様のものを比較例３に係るコイル部品とした。
比較例１〜３に用いたＳｎ合金半田はいずれも鉛フリー半田に属するものである。また、Ｓｎ合金半田には不可避不純物が０．１質量％以下（実施例１と同程度）含まれているものである。また、各半田の組成比は質量％（残部Ｓｎ）である。
【００３２】
以上のような実施例１〜３、比較例１〜３に係るコイル部品に対し、接続先の配線（リード配線）との接合を表１に示す鉛フリー半田を用いて半田付けを行った。この半田付けを行った際に接続が良好に行われているかどうかを測定した。具体的には、半田付けに導通テストを行い導通されたものの割合を測定した。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１から分かる通り、本発明の純錫被膜を用いたコイル部品は、様々な鉛フリー半田との相性が良く安定して接合不良を無くすことができることが判明した。
一方、比較例のコイル部品は、Ｓｎ合金半田被膜（予備半田処理の被膜）とリード線と接続する際の鉛フリー半田が同材質の場合は接合不良は発生しないが、半田材質が変った場合は不良が発生することが確認された。特に第２成分量が大きく異なる比較例２Ｂや比較例３Ｂでは接続不良が５％も発生することが確認された。これは鉛フリー半田中の第２成分の材質が異なることおよびその量が多いこと（特にＢｉの量が多い）により予備半田処理の被膜と鉛フリー半田とのぬれ性が低下したためである。
【００３５】
また、実施例および比較例の鉛フリー半田を溶かすための冶具（半田ごて）の加熱部（先端部）を確認したところ、いずれも予備半田材料の付着が確認された。なお、実施例については便宜上、錫の付着を予備半田材料の付着と見なした。このような状態が長期に渡り続くと、予備半田材料が鉛フリー半田（リード線と接続するための鉛フリー半田）に常に混入してしまい上記のような不良の割合をさらに大きくするものと予測される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコイル部品は、半田付け部に純錫被膜を設けていることから、実装基板上の回路やリード線と接続する際にどのような鉛フリー半田を用いたとしても良好な接合状態を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコイル部品の一例を示す図である。
【図２】本発明のコイル部品の一例を示す図である。
【図３】本発明のコイル部品の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…コイル（金属ワイヤ）
２…磁性コア
３…金属端子
４…金属ワイヤの先端部
５…半田付け部

Claims

金属ワイヤからなるコイルを巻回した磁性コアを具備するコイル部品において、該金属ワイヤの先端部はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ半田、Ｓｎ−９Ｚｎ半田、Ｓｎ−５８Ｂｉ半田、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ半田またはＳｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ半田から選ばれる鉛フリー半田により半田付けされる半田付け部があると共に該半田付け部には純度９９．９〜９９．９９９質量％の純錫被膜が厚さ０．０１〜０．３ｍｍで設けられていることを特徴とするコイル部品。
該金属ワイヤに絶縁被覆が施されていることを特徴とする請求項１記載のコイル部品。
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のコイル部品の該金属ワイヤの先端部をＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ半田、Ｓｎ−９Ｚｎ半田、Ｓｎ−５８Ｂｉ半田、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ半田またはＳｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ半田から選ばれる鉛フリー半田により半田付けすることを特徴とするコイル部品の半田付け方法。