JPH0847793A - Ｚｎ−Ｓｎ基合金、前記合金を被覆した電子機器用導体、及び前記電子機器用導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温での接合強度に優れたＺｎ−Ｓｎ基合
金、及び前記Ｚｎ−Ｓｎ基合金をアルミ導体に被覆し
た、軽量で、電気接続性に優れた電子機器用導体を提供
する。 【構成】 Ｇｅを 0.1〜 5wt％、Ｃｕを0.1 〜 4wt％、
Ｓｎを10〜70wt％、Ａｌを0.5 〜10wt％含有し、残部Ｚ
ｎと不可避的不純物からなる金属接合用Ｚｎ−Ｓｎ基合
金、及び前記Ｚｎ−Ｓｎ基合金層４をアルミ導体２に被
覆した電子機器用導体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温での接合強度が高
く、Ａｌろう、Ａｇろう等より低温で接合でき、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ，Ａｇ、Ａｕ、又はそれらの合
金等により構成された部品又は線材の接合に適した、金
属接合用のＺｎ−Ｓｎ基合金、及び前記Ｚｎ−Ｓｎ基合
金をアルミ導体に被覆した電子機器用導体、及び前記電
子機器用導体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属接合用半田には、Ｐｂに少量
のＳｎやＡｇを添加した合金半田が使用されていた。
又、自動車、家庭用電気製品、各種医療機器、ロボット
等に使用される電子機器の導体、又ブスバー等の導体に
は、高導電性の無酸素銅、タフピッチ銅、黄銅等の、条
材や線材が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】金属接合に多用されて
いるＰｂ−Ｓｎ系半田合金は、鉛の毒性による環境汚染
の問題があり、又この半田合金は、半田自体の強度が低
く、特に温度が高くなると接合強度が著しく低下し、信
頼性を損なうという問題があった。又、近年、自動車等
に搭載される電子機器には軽量化が求められており、こ
の為、従来の銅系導体は、軽量なアルミ導体で代替する
ことが検討されている。しかし、アルミ導体は表面に酸
化膜が形成されている為に半田付け性や圧着性に劣り、
又接触抵抗が大きいという電気接続性に関わる問題があ
った。本発明の目的は、高温での接合強度に優れたＺｎ
−Ｓｎ基合金、前記Ｚｎ−Ｓｎ基合金をアルミ導体に被
覆した、軽量で電気接続性に優れた電子機器用導体、及
び前記電子機器用導体の製造方法を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、Ｇｅ
を 0.1〜５wt％、Ｃｕを0.1 〜４wt％、Ｓｎを10〜70wt
％、Ａｌを0.5 〜10wt％含有し、残部Ｚｎと不可避的不
純物とからなることを特徴とする金属を接合するための
Ｚｎ−Ｓｎ基合金である。

【０００５】請求項１の発明のＺｎ−Ｓｎ基合金は、高
温での接合強度に優れた合金で、その使用量を接合部の
大きさに応じて適量とし、又適切なフラックスを使用す
ることにより、良好な接合強度が得られる。また接合に
先立ち、予め本発明のＺｎ−Ｓｎ基合金を接合しようと
する部品の所要部に被覆し、この上に適切なフラックス
を塗布することにより、更に良好な接合強度が得られ
る。接合部品の所要部にＺｎ−Ｓｎ基合金を被覆するに
は、フラックスを用い、又超音波を併用した溶融めっき
法が品質的、経済的に有利である。銅製部品類を接合す
る場合は、Ｚｎ−Ｓｎ基合金を被覆する所要部に、Ｎ
ｉ、Ｓｎ、Ｃｏ等を0.05〜1.0 μｍ程度の厚さに下地め
っきしておくことが好ましい。下地めっきには電気めっ
きや溶融めっき等が適用できる。本発明のＺｎ−Ｓｎ基
合金の接合加熱温度は 350℃〜450 ℃が適当である。

【０００６】請求項２の発明は、Ｇｅを0.1 〜５wt％、
Ｃｕを0.1 〜４wt％、Ｓｎを10〜70wt％、Ａｌを0.5 〜
10wt％含有し、残部Ｚｎと不可避的不純物とからなるＺ
ｎ−Ｓｎ基合金をアルミ又はアルミ合金導体に被覆した
ことを特徴とする電子機器用導体である。

【０００７】請求項２の発明の電子機器用導体は、アル
ミ又はアルミ合金導体に請求項１の発明のＺｎ−Ｓｎ基
合金と同じ組成の合金を被覆することにより、前記アル
ミ又はアルミ合金導体の接触抵抗、半田付け性、及び圧
着性を改善して、電気接続性を良好にしたものである。
アルミ合金には導電性を有する任意のアルミ合金が適用
される。Ｚｎ−Ｓｎ基合金の被覆厚さは、 0.5μｍ未満
では接触抵抗が十分に小さくならず、20μｍを超えて厚
くしても、その効果は飽和し、コスト高を招くだけであ
る。従ってＺｎ−Ｓｎ基合金層の被覆厚さは 0.5〜20μ
ｍ、特には0.5〜３μｍが、特性上又コスト的に好まし
い厚さである。

【０００８】請求項３の発明は、アルミ又はアルミ合金
導体をＺｎ−Ｓｎ基合金の溶融めっき浴に連続的に浸漬
して引上げ、次いで前記溶融めっき浴から引上げられた
Ｚｎ−Ｓｎ基合金の溶融層が付着したアルミ又はアルミ
合金導体を、溶融めっき浴の上方に設置した冷却装置に
より冷却することを特徴とする請求項２記載の電子機器
用導体の製造方法である。

【０００９】この発明において、Ｚｎ−Ｓｎ基合金はア
ルミ又はアルミ合金より融点が低い為、溶融めっき法に
より被覆できる。ここで、アルミ又はアルミ合金導体と
は、アルミ又はアルミ合金の線材、棒材、条材等であ
り、アルミ合金導体には導電性を有する任意のアルミ合
金が用いられる。特に、Ｚｒを含む耐熱アルミ合金は、
Ｚｎ−Ｓｎ基合金を溶融めっきする際に導体が軟化し難
く好ましい合金である。

【００１０】アルミ導体に被覆するＺｎ−Ｓｎ基合金
は、融点が低い程、溶融めっき作業が容易に行え、又ア
ルミ導体も軟化し難く好ましい。本発明者等は、本発明
のＺｎ−Ｓｎ基合金の中でも、特に融点の低い合金とし
て、Ｇｅが0.1 〜２wt％、Ｃｕが0.5 〜２wt％、Ｓｎが
30〜65wt％、Ａｌが 1.0〜４wt％で、残部Ｚｎと不可避
的不純物からなる合金を見い出した。

【００１１】前述の溶融めっき法とは、例えば、アルミ
材をＺｎ−Ｓｎ基合金浴中に連続的に浸漬し、その表面
にＺｎ−Ｓｎ基合金溶融層を付着させて引上げる方法
で、生産性に優れる。ところで、溶融めっき法で引上げ
られたアルミ材上に付着したＺｎ−Ｓｎ基合金溶融層
は、アルミ材上を伝わって落下してその厚さを減じてい
く。従って、アルミ材上に形成されるＺｎ−Ｓｎ基合金
層の厚さは、アルミ材の引上げ速度や前記溶融層の凝固
速度に左右される。前記溶融層を冷却装置により強制的
に冷却凝固させる場合は、前記冷却装置の冷却能やその
設置位置によってＺｎ−Ｓｎ基合金層の厚さが決まる。

【００１２】図１はこの発明方法の態様を示す説明図で
ある。１はＺｎ−Ｓｎ基合金浴で、この中にアルミ条材
２を連続的に浸漬し、Ｚｎ−Ｓｎ基合金溶融層が付着し
たアルミ条材９を、前記Ｚｎ−Ｓｎ基合金浴１の上方に
設置した内部水冷式ピンチロール３により連続的に引上
げる。このピンチロール３はアルミ条材２を引上げると
同時に、アルミ条材２上に付着したＺｎ−Ｓｎ基合金溶
融層を冷却し凝固させる。

【００１３】この発明方法において、アルミ又はアルミ
合金導体にフラックスを塗布し、これを 150℃〜 280℃
に加熱後、Ｚｎ−Ｓｎ基合金を溶融めっきするとＺｎ−
Ｓｎ基合金層の前記導体との密着性が向上する。又、前
記Ｚｎ−Ｓｎ基合金にＬｉ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｓｂ，
Ｚｒ，Ｂｅのうちの１種又は２種以上の元素を合計で0.
5 〜３wt％の範囲で添加すると、Ｚｎ−Ｓｎ基合金溶融
層と前記導体との濡れ性が改善され密着性が向上する。
このように、前記導体とＺｎ−Ｓｎ基合金被覆層との密
着性を高めれば導通が良くなり電気接続性が向上する。
更に、Ｚｎ−Ｓｎ基合金被覆層の耐変色性と耐食性を高
めることにより、電気的接続性が長期間安定に保持され
て、信頼性が向上する。

【００１４】前述のようにして製造したＺｎ−Ｓｎ基合
金を被覆したアルミ導体は、必要に応じて圧延加工を施
し、又両縁端部をスリッターにかけて除去する等して用
いられる。図２イ、ロに本発明の電子機器用導体の態様
を示す。図２イはピンチロールで引き上げたままの電子
機器用導体の横断面図である。アルミ条材２の外周にＺ
ｎ−Ｓｎ基合金層４が被覆されている。図２ロは、図２
イに示した導体を圧延加工し、両縁端部をスリッターし
た電子機器用導体の横断面図である。アルミ条材の上下
面にＺｎ−Ｓｎ基合金層が被覆されている。

【００１５】図３イ〜ニは、本発明の電子機器用導体の
他の態様を示す横断面図である。図３イに示す導体は、
断面円形のアルミ線材５の上にＺｎ−Ｓｎ基合金層４を
被覆したもの、図３ロに示す導体は、Ｚｎ−Ｓｎ基合金
層４を被覆した断面円形のアルミ線材５の周囲に、Ｚｎ
−Ｓｎ基合金層４を被覆した断面台形のアルミ線材６を
複数本１層に撚合わせたものである。図３ハ、ニに示す
導体はそれぞれ、図３イ、ロに示した導体の外周にポリ
エチレン等の絶縁層７を被覆したものである。

【００１６】

【作用】請求項１の発明のＺｎ−Ｓｎ基合金において、
Ｇｅは耐食性向上に有効である。その含有量を 0.1〜５
wt％に限定した理由は、 0.1wt％未満ではその効果が十
分に得られず、５wt％を超えて含有させてもその効果が
飽和し、しかも融点が上がる為である。融点が上がる
と、湯流れ性が悪くなり、その分接合温度を高くするこ
とになり、コスト的にも、作業性からも不利になる。Ｓ
ｎはＺｎ−Ｓｎ基合金の融点を下げる効果がある。その
含有量を10〜70wt％に限定した理由は、10wt％未満では
その効果が十分に得られず、70wt％を超えると強度が低
下する為である。Ａｌは、溶融したＺｎ−Ｓｎ基合金の
Ｚｎの酸化を防止し、又融点を下げる。更にＺｎ−Ｓｎ
基合金層の結晶粒を微細化して接合強度を高める。その
含有量を0.5 〜10wt％に限定した理由は、 0.5wt％未満
ではその効果が十分に得られず、10wt％を超えると、融
点が上昇する為である。ＣｕはＺｎ−Ｓｎ基合金の耐食
性を改善し、特に銅製部品との間の腐食を抑制する。そ
の含有量を 0.1〜４wt％に限定した理由は、 0.1wt％未
満ではその効果が十分に得られず、４wt％を超えると融
点が上昇する為である。

【００１７】請求項２の発明の電子機器用導体に被覆す
るＺｎ−Ｓｎ基合金において、Ｇｅは耐食性向上に有効
であり、その含有量を0.1 〜５wt％に限定した理由は、
0.1wt％未満ではその効果が十分に得られず、５wt％を
超えるとその効果が飽和するばかりか、融点が上昇して
溶融めっきの作業性を害する為である。ＳｎはＺｎ−Ｓ
ｎ基合金層とアルミ又はアルミ合金導体との密着性を向
上させる効果がある。その含有量を10〜70wt％に限定し
た理由は、10wt％未満ではその効果が十分に得られず、
70wt％を超えるとその効果が飽和する為である。Ａｌは
Ｚｎ−Ｓｎ基合金層の変色防止と加工性向上に効果があ
る。その含有量を0.5 〜10wt％に限定した理由は、0.5
wt％未満ではその効果が十分に得られず、10wt％を超え
ると加工性が悪化し、その上接触抵抗が大きくなる為で
ある。ＣｕはＺｎ−Ｓｎ基合金層の強度を高め、又Ｇｅ
との相乗効果で耐食性を改善する。その含有量を0.1 〜
４wt％に限定した理由は、 0.1wt％未満ではその効果が
十分に得られず、４wt％を超えると強度は更に高まる
が、耐食性が改善されなくなり、その上融点が上昇して
溶融めっきの作業性を害する為である。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２の発明の電子
機器用導体の製造方法であって、アルミ又はアルミ合金
導体をＺｎ−Ｓｎ基合金の溶融めっき浴に連続的に浸漬
して引上げ、次いで前記溶融めっき浴から引上げられた
Ｚｎ−Ｓｎ基合金の溶融層が付着したアルミ又はアルミ
合金導体を、溶融めっき浴の上方に設置した冷却装置に
より冷却することを特徴とするものである。従って、生
産性に富み、又冷却装置の冷却能やその設置位置を変え
ることによりＺｎ−Ｓｎ基合金層の厚さを適正に制御す
ることができる。

【００１９】

【実施例】本発明を実施例により詳細に説明する。 （実施例１）厚さ 0.4mm、幅10mmのＣｕ−0.03wt％Ｚｒ
合金の板材２枚を、表１に示す種々の組成のＺｎ−Ｓｎ
基合金を用いて接合してサンプルとし、これらの接合強
度を室温から 150℃の温度範囲で測定した。接合強度
は、図４に示すように、Ｚｎ−Ｓｎ基合金層４を挟む２
枚の前記銅合金板材８Ａ、８Ｂのうちの一方を引き剥が
すのに必要な力（ピール強度）を測定して求めた。図
で、10、20、30はそれぞれ所定位置に回転可能なように
保持された断面円形の棒状体で、10は銅合金板材８Ａが
剥離された後のＺｎ−Ｓｎ基合金層４を押さえ付けてお
り、20及び30は銅合金板材８Ａを押さえ付けている。剥
離した銅合金板材８Ａの先端部を図の矢印方向に引っ張
ることにより、銅合金板材８Ａは、20、30間で図上右方
向に移動しながら、Ｚｎ−Ｓｎ基合金層４の表面から剥
離される。サンプルは、測定温度に15分間保持してから
引き剥がした。比較の為、従来材についても同様にして
接合強度を求めた。結果を図５に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】図５より明らかなように、本発明のＺｎ−
Ｓｎ基合金(No.1 〜4)はいずれも、高温における接合強
度が高かった。これに対し、比較例品のNo.5はＳｎの含
有量が少なかった為、室温から 150℃に至るまで接合強
度が低かった。No.6はＳｎの含有量が多かった為、又N
o.7はＡｌの含有量が少なかった為、いずれも 100℃以
上の温度で接合強度が急激に低下した。従来材のNo.8
（Ｐｂ−10％Ｓｎ半田合金）は、接合強度が試験温度の
上昇に伴い急激に低下した。

【００２２】（実施例２）実施例１で用いたサンプル
（片面の銅板が途中まで引き剥がされた接合強度試験後
のサンプル）について長時間塩水噴霧試験を行い、その
耐食性を調べた。本発明のＺｎ−Ｓｎ基合金（No.1〜4)
はいずれも腐食することなく、良好な耐食性を示した。
これはＧｅ及びＣｕが適量含有されていた為である。

【００２３】以上、銅合金板材を接合する場合について
説明したが、本発明のＺｎ−Ｓｎ基合金は、他のアルミ
又はアルミ合金等の金属材料を接合する場合に用いても
同様の効果が得られる。尚、本発明のＺｎ−Ｓｎ基合金
の適用分野は、電子機器、工業計器、超電導応用機器、
コンピューター関連機器、開閉器、音響機器、家電製
品、車両制御装置等に使用される部品の接合、ローター
バー等の導体全般の接合等である。

【００２４】（実施例３）厚さ 0.5mm、幅10mmのアルミ
又はアルミ合金条を、その表面に塩化亜鉛を主成分とす
るフラックスを塗布して 230℃の温度に加熱保持し、次
いで、この上に、図１に示した溶融めっき法により、Ｚ
ｎ−Ｓｎ基合金を被覆して電子機器用導体を製造した。
引上げ速度は200mm/min.とした。溶融めっき厚さは、ピ
ンチロールの浴面からの高さを調節して制御した。用い
たアルミ合金条及びＺｎ−Ｓｎ基合金の組成、及びＺｎ
−Ｓｎ基合金の被覆厚さを表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】得られたＺｎ−Ｓｎ基合金層を溶融被覆し
たアルミ又はアルミ合金条について、接触抵抗、耐
変色性、加工性、及び耐食性を調べた。 接触抵抗は、接触面積２mm×２mmのＡｕの接触子を用
い、荷重10ｇ、通電電流100mＡの条件で測定した。サン
プルは、試験前に大気中で 180℃で30分間加熱した。
耐変色性は大気中で 180℃で30分間加熱したサンプルの
表面を、目視観察して評価した。変色が全くなかったも
のは極めて良好、変色が僅かに認められるものは良好、
それより若干変色しているものはやや良好と判定した。
加工性は 180度曲げ試験を行って評価した。曲げ部に
割れが全く認められないものは○、割れが数個のものは
△、割れが多数のものは×と判定した。耐食性は、加
湿試験前後の接触抵抗値を測定して評価した。加湿試験
は、温度50℃、湿度90％の恒温恒湿槽に1000時間保持し
て行った。加湿試験後の接触抵抗は測定箇所によりバラ
ツキが大きい為、接触抵抗の測定箇所は、加湿試験前後
で同じ箇所とした。加湿試験前後で接触抵抗値の差が小
さいものは○、差が大きいものは×とした。結果を表３
に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】表３より明らかなように、本発明例品のN
o.9〜23はいずれも、接触抵抗が小さく、又耐変色性、
加工性、耐食性のいずれにも優れていた。尚、No.16 は
Ａｌが少なめで加工性がやや低下したが、特に問題にな
らない程度であった。No.19 はＺｎ−Ｓｎ基合金層がや
や薄かった為接触抵抗が若干高めであった。これに対
し、比較例品のNo.24 はＧｅの含有量が少なかった為、
耐食性が低下した。又No.25 はＳｎの含有量が少なかっ
た為アルミ条とＺｎ−Ｓｎ基合金層との密着性が低下
し、その結果接触抵抗が高く計測された。又No.26 はＡ
ｌの含有量が少なかった為耐変色性と加工性が低下し
た。No.27 はＡｌの含有量が多すぎた為加工性が低下し
た。No.28 はＣｕの含有量が少なかった為接触抵抗が増
加し又耐食性が低下した。

【００２９】以上、本発明のＺｎ−Ｓｎ基合金を、純ア
ルミ、Ａｌ−Ｚｒ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金の３種の条
材に被覆した場合について説明したが、本発明のＺｎ−
Ｓｎ基合金は、他のアルミ合金、及び他の形状の材料に
被覆しても同様の効果が得られるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の金属接合用
Ｚｎ−Ｓｎ基合金は、高温での接合強度が高く信頼性に
優れる。又本発明の電子機器用導体は、前記Ｚｎ−Ｓｎ
基合金をアルミ導体に被覆したもので、軽量で、接触抵
抗が小さく、圧着性、耐変色性、耐食性に優れ、家庭用
電気製品や自動車用電子機器等の導体に適用して極めて
有用である。又前記電子機器用導体は、生産性に富む溶
融めっき法により製造することができ、又Ｚｎ−Ｓｎ基
合金の被覆層の厚さは、Ｚｎ−Ｓｎ基合金溶融層の冷却
速度を調節することにより適正に制御することができ
る。依って、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子機器用導体の製造方法の態様を示
す説明図である。

【図２】本発明の電子機器用導体の態様を示す横断面図
である。

【図３】本発明の電子機器用導体の他の態様を示す横断
面図である。

【図４】接合強度を測定する方法の説明図である。

【図５】接合強度と試験温度の関係図である。

【符号の説明】

１ ───Ｚｎ−Ｓｎ基合金溶湯 ２ ───アルミ条材 ３ ───内部水冷式ピンチロール ４ ───Ｚｎ−Ｓｎ基合金層 ５ ───断面円形のアルミ線材 ６ ───断面台形のアルミ線材 ７ ───絶縁層 8A,8B ──銅合金板材 ９ ───Ｚｎ−Ｓｎ基合金溶融層が付着したアルミ条
材 10,20,30─断面円形の棒状体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 35/26 ３１０ Ａ 35/40 ３４０ Ｊ Ｃ２３Ｃ 2/06 2/08 // Ｃ２２Ｃ 13/00 18/00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｇｅを 0.1〜５wt％、Ｃｕを0.1 〜４wt
   ％、Ｓｎを10〜70wt％、Ａｌを0.5 〜10wt％含有し、残
   部Ｚｎと不可避的不純物とからなることを特徴とする金
   属を接合するためのＺｎ−Ｓｎ基合金。
2. 【請求項２】 Ｇｅを 0.1〜５wt％、Ｃｕを 0.1〜４wt
   ％、Ｓｎを10〜70wt％、Ａｌを 0.5〜10wt％含有し、残
   部Ｚｎと不可避的不純物とからなるＺｎ−Ｓｎ基合金を
   アルミ又はアルミ合金導体に被覆したことを特徴とする
   電子機器用導体。
3. 【請求項３】 アルミ又はアルミ合金導体をＺｎ−Ｓｎ
   基合金の溶融めっき浴に連続的に浸漬して引上げ、次い
   で前記溶融めっき浴から引上げられたＺｎ−Ｓｎ基合金
   の溶融層が付着したアルミ又はアルミ合金導体を、溶融
   めっき浴の上方に設置した冷却装置により冷却すること
   を特徴とする請求項２記載の電子機器用導体の製造方
   法。