JPH0116306B2

JPH0116306B2 -

Info

Publication number: JPH0116306B2
Application number: JP60142077A
Authority: JP
Inventors: Noritatsu Yanagi; Masao Yamada; Koichi Kitaura; Kozo Sakai
Original assignee: Shinko Wire Co Ltd
Current assignee: Kobelco Wire Co Ltd
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1989-03-23
Also published as: JPS621848A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）この発明は微噴霧液滴を利用して適切な冷却を
行うようにした金属線の溶融半田めつき方法に関
するものである。（従来技術）電子部品の中で抵抗、コンデンサ等に使用され
るリードワイヤには、半田めつき銅線または半田
めつきCP線等の金属線が多く使用されている。
半田めつきには電気めつき法と溶融めつき法の２
種類があるが、一般には電気めつき法による半田
めつき線が多く使用されている。この理由は電気
めつき法による方が、金属線の円周方向における
めつき厚さの均一性がえられ、それによつて製品
の信頼性を保証することができるからである。し
かし電気めつき法による半田めつき層はポーラス
で軟質であり、また半田付け性が溶融法によるも
のよりも若干劣るという欠点がある。したがつて
均一なめつき厚さを溶融方法で得ることができれ
ば、両方の長所を備えた高品質のリードワイヤに
なる。以上の理由から過去、種々技術開発が行われて
いるが、未だ満足できるものはない。例えば電気
めつき法による半田めつき厚さは、円周方向にお
ける平均厚さを10μmとすると、最小8μm、最大
12μmのバラツキまでになつているのが一般的で
あるが、溶融法によるものでは、最小2μm、最大
18μmにまでバラツキがある。このようにバラツ
キが生じた結果、めつき層の非常に薄い部分があ
ると、最終製品に組立てる時の工程中において傷
がついたりして容易に素地が露出したり、あるい
は保存中に変質を起し易く、その部分の半田付け
性が劣化するという欠陥になる。以上のような理由によつて、電子部品用のリー
ドワイヤには電気めつき法によつてめつきされた
ものが多く使用されている。この電気めつき工程
において、めつき層の硬さを向上させたり、半田
付け性を向上させたりするために、電気めつき後
に表面層のみを再溶融させる工程を入れることに
よつて、溶融めつき品に近い品質を得ようとする
場合がある。しかし電気めつき法は、設備費用、
公害処理費用および産性性等を考慮するとコスト
高な方法であり、それに対して、さらに再溶融工
程を加えると製品コストが高くなることは避けら
れない。溶融めつき法は、半田めつきに限らず、亜鉛め
つき、アルミニウムめつき等溶融金属中に被めつ
き物を浸漬するだけで、原理的には古くから行わ
れている一般的なめつき方法であるが、いわゆる
どぶ漬けであるため種々の理由によつて均一で滑
らかなめつき層が得られにくかつた。その理由の
１つとして、冷却の問題がある。すなわち溶融半
田は流動性は非常によいが、熱伝導が他の低融点
金属に比較して低いという性質をもつている。こ
のため溶融半田めつきでは均一なめつき層が得ら
れにくい難点がある。すなわち、金属線が浴中か
ら引上げられた後、素早くかつ最適な方法で冷却
を行なわないと均一なめつき層が得られず、また
めつき膜厚も薄くなるという現象が起る。めつき後の金属線の冷却条件は、表面の平滑
性、めつき層の均一性およびめつき表面の光沢性
に重要な影響を与えることが種々の研究の結果わ
かつた。従来の冷却方法は、浴中から上向きに金
属線を引上げ、浴面から適当な高さの位置で直接
流水によつて急冷するようにしているが、この方
法の場合は冷却する位置が浴面に近すぎる場合、
流水の圧力および量が高ければ金属線周辺に付着
した溶融半田が一方向に押されて均一なめつき層
にはならない。逆に水量および圧力を落して冷却
すると、凝固が均一に起らず、めつき表面は細か
い凹凸が生じ、表面光沢が損われる。微視的には
金属線の円周方向で均一な冷却凝固が起らず、熱
収縮の差によつて冷却効果の大きい部分ほど優先
的に冷却収縮し、この冷却収縮した部分が他の部
分より厚くなり、このためめつきの均一性が阻害
されることになる。一方、冷却位置を浴面から高い位置にすると、
流動性の良い溶融半田は自然落下によつて流れ落
ち、結果的には付着量が不足した薄めつきとな
る。さらに走行中の金属線には細かい振動があ
り、冷却の時期を遅らせるとこの振動によつて均
一なめつき層が得られないことになる。これらの
解決のためには、例えば液体低温ガスを使用して
冷却する方法も提案されているが、作業性および
コスト面で問題がある。（発明の目的）この発明はこのような従来の欠点を解消するた
めになされたものであり、めつき厚さが均一で、
表面に凹凸がなく平滑性が優れ、しかも半田付け
性のよいめつき線が得られる金属線の溶融半田め
つき方法を提供するものである。（発明の構成）この発明は、金属線を溶融半田めつき浴中に通
過させ、被めつき金属線を前記溶融半田めつき浴
から引上げ、0.3〜2.5秒間の自然冷却をした後、
一対の噴霧ノズルを複数段有する噴霧冷却装置に
おいて、噴霧液滴0.4ｇ／cm³以下、液滴粒径60μm
以下および液滴速度13／秒以下の条件で噴霧され
た噴霧液滴中を通過させて冷却するようにしたも
のである。上記噴霧液滴中を通過させる手段としては、第
１図に示すように金属線１を溶融半田浴２中に導
いた後、垂直上方に引上げ、水を微噴霧状にした
微噴霧冷却装置３中を通過させることにより冷却
すればよい。この微噴霧冷却装置３中には第１段
目の微噴霧ノズル４および第２段目の微噴霧ノズ
ル５がそれぞれ一対、相対向して配置される。こ
れらによつて別噴霧冷却装置３中で微噴霧液滴３
０を発生させる。上記方法によつて金属線１の表面の溶融めつき
層を急冷することなしに、円周方向に亘つて均一
に冷却することができる。第１段の微噴霧ノズル
４は浴面の近傍に位置しており、これによつてめ
つき最外層のみを冷却凝固させる。そして微噴霧
冷却装置３を通過して冷却されながら、第２段の
微噴霧ノズル５によつて常温近くまで冷却され
る。噴霧条件は金属線１に対して水圧0.2〜５
Kg／cm²、空気圧0.5〜５Kg／cm²、金属線１から微
噴霧ノズル４，５までの距離を５〜50cmの範囲内
とし、各段での微噴霧ノズル４，５の個数は２個
で、それらを合属線１を挾んで相対向して設置す
るのがよい。段数は金属線の線速度によつて増減させればよ
く、線速度が50ｍ／分までは２段で充分である
が、それ以上速い場合はさらに増加する必要があ
る。この冷却方法によつてめつき層が均一になる
理由は、めつき浴面の極く近傍でまず第１段の微
噴霧ノズル４により、均一でしかも穏やかに冷却
されるからである。第１段目での冷却のメカニズ
ムについて詳細な理由は不明であるが、めつき層
の最外層が冷却凝固してめつき層全体を包みこむ
状態となるため、内部のまだ凝固が完了していな
いめつき層の流動が起りにくくなつているためと
考えられる。そして第１段微噴霧ノズル４と第２
段微噴霧ノズル５との間および第２段微噴霧ノズ
ル５の近傍でさらに冷却され、全体が常温にまで
達する。このようにして冷却されためつき表面は
光沢があり、急冷による表面の凹凸発生もなく、
均一なめつき層を得ることができる。（冷却開始時間について）金属線が溶融半田浴から出て、冷却用噴霧液滴
に初めて接触する時間をどの程度にするかによつ
て、めつき厚さが決まつてくる。垂直上方に引上
げられる金属線に付着している溶融半田は冷却を
受けるまでの間、自然落下によつて少なくなるの
で、この時間が長くなる程めつき厚さが小さくな
る。この関係を図示すると、第２図のようにな
る。リードワイヤ用半田めつき線のめつき厚さは
一般には５〜10μmの厚さのものが使用されてい
る。この理由は、めつき厚さが5μm以下と薄い
と、長期間の保管時に環境の影響を受けやすく、
変色等によつて半田付け性が劣化する。逆に厚す
ぎるとコスト的に不利となる。したがつて第２図
の特性曲線１１より、冷却開始時間は浴面を出て
から0.3〜2.5秒間が最適である。（噴霧冷却条件）この条件が品質に与える影響としてつぎの原因
が考えられる。 (A) 風速：噴霧液滴が金属線に到達する時の速度
をいい、これはスプレーに供給される空気圧で
制御する。上記のように速すぎると偏肉を発生
させる大きな要因となる。逆に遅すぎると金属
線まで到達せず冷却不足となる。 (B) 液滴密度：冷却室の中の噴霧液滴の量が多過
ぎると、急速冷却になり、表面の平滑性がなく
なる。少ないと冷却不足となり、めつき膜厚が
薄くなる。これはスプレーに供給する水量によ
つて調整する。 (C) 液滴粒径：ノズル径によつても変るが、最も
大きく影響を受けるのは空気圧である。空気圧
が高いほど粒径は小さくなり、粒径が小さくな
ると冷却のための蒸発潜熱が大きくなつて冷却
効果の点では有利である。しかし、空気圧が高
くなると風速が高くなり、偏肉を起す危険があ
る。上記各要因と品質の関係、すなわち風速（金属
線に到達した時の噴霧液滴の速度）と偏肉率との
関係を図示すると第３図特性曲線１２に示すよう
になる。同図において、偏肉率の測定は、断面め
つき厚さを光学顕微鏡により測定し、Ｔ：最大め
つき厚さ、ｔ：最小めつき厚さとし、下式によつ
て算出した。（Ｔ−ｔ）×100／Ｔ（％）上記特性曲線１２より風速が13ｍ／ｓ以上にな
ると、偏肉率が急に高くなることがわかる。リー
ドワイヤ用半田めつき線としての偏肉率は33％以
下（10±2μm）にすべきであり、そのためには13
ｍ／ｓ以下の風速が望ましい。微噴霧冷却装置における液滴密度とめつき膜厚
および表面平滑性との関係は、第４図に示すよう
になる。めつきの平滑性は、曲線１３に示すよう
に液滴密度が小さいほどよいが、液滴密度が小さ
すぎると冷却不足によりめつきが自然落下するた
め、曲線１４に示すめつき膜厚が小さくなる。表
面の平滑性およびめつき膜厚の両者とも良好にす
るには、液滴密度は0.4G／cm³以下にしておかね
ばならない。なお、平滑性が良ければ光沢がある
ことになり、平滑性と光沢とは一体不可分の関係
になつている。また表面の平滑性と液滴粒径との関係は、第５
図に示すようになり、粒径は空気圧によつて大き
く変化する。水圧を一定にしていても空気圧が変
動すれば水量も変化する。液滴粒径の影響を調査
するためには、液滴密度を一定に保つた状態で粒
径を変化させる必要がある。このため空気圧、水
圧の両者をコントロールして密度を一定にして粒
径を種々変化させた。なお、密度は0.1G／cm³に
した。第５図特性曲線１５から明らかなように、
粒径が大きくなるほど表面の平滑性が悪なり、と
くに粒径が60μmを超えると急激に悪化する。こ
れは前述のように、液滴の粒径が大きいと、金属
線に接触した時に金属線の表面が急速に冷却さ
れ、このため熱収縮によつてめつき層の一部が凹
凸になるからである。したがつて液滴粒径は
60μm以下がよい。（実施例１）第６図に示すように、直径0.60mmの銅覆鋼線１
を供給装置６から引出して前処理装置７を通し、
シンカーロール８により溶融半田浴２中に導いた
後、微噴霧冷却装置３を通過させて冷却し、巻取
り機９に巻取る。そして浴面上20cmの高さの位置
に第１段目の微噴霧ノズル４を設置し、それより
40cm上側に第２段目の微噴霧ノズル５を設置し
た。ノズルの個数は金属線１を間に相対向して１
個づつ、合計２個の１段目および２段目それぞれ
に設置した。噴霧条件は各ノズルとも水圧0.7
Kg／cm²、空気圧0.85Kg／cm²に設置し、金属線から
の距離を25cmとした。このようにして、めつき後
冷却された半田めつき銅覆鋼線の光沢、偏肉率、
表面の平滑性、加熱劣化後および塩水噴霧テスト
後の半田付け性について比較評価した。その結果
を第１表に示す。同表において、Ｒは加熱劣化後
の半田付け性、Ｓは塩水噴霧４８時間後の半田付
け性をそれぞれ示している。また金属線１は線速
度30ｍ／分で移動させ、また比較材として通常市
販されている同線径の溶融半田めつき銅覆鋼線を
使用した。偏肉率の測定は、断面めつき厚さを光
学顕微鏡により測定し、Ｔ：最大めつき厚さ、
ｔ：最小めつき厚さとし、（Ｔ−ｔ）×100／Ｔ（％）として計算することにより得た。また加熱劣化後の半田付け性は、170±５℃の
大気中で24時間加熱保持した後、JIS―C5033に
規定されている方法で測定した。さらに塩水噴霧
後の半田付け性は、JIS―Ｚ―2371に規定されて
いる塩水噴霧試験方法に基いて48時間保持後、
JIS―C5033に規定されている方法で測定した。
また平均めつき厚さは（Ｔ−ｔ）／２として計算
した。同表において、この発明のものはいずれも
比較例のものより平均めつき厚さが大きく、偏肉
率が小さいことが示されている。（実施例２）直径0.4mmの無酸素銅線を実施例―１と同一条
件でめつきを行つた。但しめつき線速度は45ｍ／
分で行つた。比較材として通常市販されている同
線径の溶融半田めつき無酸素銅線を使用し、実施
例―１で記載した検査項目についてテストを行
い、比較評価した。その結果は第２表に示すよう
に、この発明のものはいずれも比較例のものより
平均めつき厚さが大きく、偏肉率が小さく、また
平滑性が良好であることが示されている。

【表】

【表】（発明の効果）以上説明したように、この発明は溶融半田めつ
き方法において微噴霧液滴を利用して適切な冷却
を行うようにしたものであり、以下のような種々
の効果を有するものである。 (A) めつき厚さが厚く、均一なめつき層を形成す
ることができる。これはめつきされた金属線
が、溶融半田浴面から出た直後に最外層のみが
円周方向に亘つて均一に冷却されることによつ
て、めつきの垂れや、偏肉等を防止することが
できるからである。 (B) めつき表面が滑らかで凹凸がない。従来のよ
うな流水による急冷方法によれば、表面に細か
い凹凸が生じるが、微噴霧冷却によつて冷却ム
ラが防止でき、したがつて熱収縮の差による表
面の凹凸の発生を防止することができる。 (C) 上記のような優れためつき層がえられる結
果、最終製品に使用される時の重要な要求品質
である種々の条件下における半田付け性が優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する装置の概略説明
図、第２図はめつき厚さと冷却開始時間との関係
図、第３図は偏肉率と微噴霧液滴の速度との関係
図、第４図はめつき膜厚と液滴密度との関係図、
第５図は表面の平滑性と液滴粒径との関係図、第
６図はこの発明を実施する装置の全体概略説明図
図である。１…金属線、２…めつき浴、３…微噴霧冷却装
置、４，５…微噴霧ノズル、３０…微噴霧液滴。

Claims

【特許請求の範囲】

１金属線を溶融半田めつき浴中を通過させ、被
めつき金属線を前記溶融半田めつき浴から引上
げ、0.3〜2.5秒間の自然冷却をした後、一対の噴
霧ノズルを複数段有する噴霧冷却装置において、
噴霧液滴0.4ｇ／cm³以下、液滴粒径60μm以下およ
び液滴速度13／秒以下の条件で噴霧された噴霧液
滴中を通過させて冷却することを特徴とする金属
線の溶融半田めつき方法。