JPS621848A - 金属線の溶融半田めつき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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っ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、半田めっき銅線または半田めっきｃｐｓ等
の金属線が多く使用されている。

半田めっきには電気めっき法と溶融めっき法の２種類が
あるが、一般には電気めっき法による半田めっき線が多
く使用されている。この理由は電気めっき法による方が
、金属線の円周方向におけるめっき厚さの均一性かえら
れ、それによって製品の信頼性を保証することができる
からである。しかし電気めっき法による半田めっき層は
ポーラスで軟質であり、また半田付は性が溶融法による
ものよりも若干劣るという欠点がある。したがって均一
なめっ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。例えば電気めっき法による
半田めっき厚さは、円周方向にお【プる平均厚さを１０
μｍとすると、最小８μｍ、最大１２μｍのバラツキま
でになっているのが一般的であるが、溶融法によるもの
では、最小２μｍ１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、めっき層の非常に
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リ、あるい
は保存中に変質を起し易く、その部分の半田付は性が劣
化するという欠陥になる。

以上のような理由によって、電子部品用のリードワイヤ
には電気めっき法によってめっきされたものが多く使用
されている。この電気めっき工程において、めっき層の
硬さを向上させたり、半田付は性を向上さＵたすするた
めに、電気めっき後に表面層のみを再溶融させる工程を
入れることによって、溶融めっき品に近い品質を得よう
とする場合がある。しかし電気めっき法は、設備費用。

公害処理費用および生産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。

溶融めっき法は、半田めっきに限らず、亜鉛めっき、ア
ルミニウムめっき等溶融金属中に被めっき物を浸漬する
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、いわゆるとぶ漬けであるため種々の理
由によって均一で滑らかなめつき層が得られにくかった
。その理由の１つとして、冷却の問題がある。づなわち
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っている。このため
溶融半田めっきでは均一なめっ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っ
き層が得られず、まためっきＷＡ厚も薄くなるという現
象が起る。

めっき後の金属線の冷却条件は、表面の平滑性、めっき
層の均一性およびめっき表面の光沢性に重要な影響を与
えることが種々研究の結果わかった。

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って急冷する
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、流水の圧力および同が高ければ金属
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ωおよび圧力を落して冷却
すると、凝固が均一に起らず、めっ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、熱収縮の差によって冷
却効果の大きい部分は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、このためめっき
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って流れ落ち、結果的には
付＠伍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っ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、めっき厚さが均一で、表面に凹凸がな
く平滑性が優れ、しかも半田付は性のよいめっき線が得
られる金属線の溶融半田めっ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っき浴中を通過させ、
溶融半田浴から被めっき金属線を引上げた後、めっき表
面が半溶融状態のままで冷却液の噴霧液滴中を通過させ
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Ｗ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、相対面して配置され
る。これらによって微噴霧冷却装置３中で微噴霧液滴３
０を発生させる。

上記方法によって金属線１の表面の溶融めっぎ層を急冷
することなしに、円周方向に亘っ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（ユ浴面の近傍に位
置しており、これによってめっ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０７１　霧ノズル５によって常温近く
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／Ｃ
ｌ１１２、空気圧０．５〜５ｋｏ／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、
それらを金属線１を挟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っ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
ってめっ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、めっき層
の最外層が冷却凝固してめっ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っき層の
流動が起りにくくなっ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
、均一なめっ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って、めっき厚さ
が決まってくる。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
よって少なくなるので、この時間が長くなる程めっき厚
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っぎ線のめっき厚さは一般には５
〜１０μｍの厚さのものが使用されている。

この理由は、めっき厚さが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、変色等によって半
田付は性が劣化する。逆に厚すぎるとコス１へ的に不利
となる。したがって第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：冷部室の中の噴霧液滴の覆が多過ぎる
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、めつぎ膜厚が簿くなる。これはスプ
レーに供給する水ｍによって調整する。

（Ｃ）液滴粒径：ノズル径によっても変るが、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
潜熱が大きくなっ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、断面めっき厚さを光学顕微鏡により
測定し、Ｔ：最大めつき厚さ、ｔ：最小めっき厚さとし
、下式によって算出した。

（Ｔ−ｔ）ｘ１００／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
田めっ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１３ｍ／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っき膜厚および表
面平滑性との関係は、第４図に示すようになる。めっき
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っ
きが自然落下するため、曲線１４に示すめっき膜厚が小
さくなる。表面の平滑性およびめっき膜厚の両者とも良
好にするには、液層密度は０．４Ｇ／ｃｉ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っ
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、粒径は空気圧によって大きく変化覆る。水
圧を一定にしていても空気圧が変！Ｆｌノすれば水ｔｂ
変化する。液滴粒径の影響を調査するためには、液滴密
度を一定に保っ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【！た。なお、密度は０．
１Ｇ／ｉ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くなり、と
くに粒径が６０μ−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
熱収縮によってめっき層の一部が凹凸になるからである
。したがって液滴粒径は６０μｍ以下がよい。

（実施例−１） 第６図に示すように、直径０．６０＋ｎ＋ｎの銅ｍｍ線
１を供給装と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ＴＡ装置３を通過さＶて冷却し、巻取りＩ！１９に
巻取る。そして浴面上２０ＣＩＩ＋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４Ｑｃｍ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個を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０．７ｋＯ／ｃｎ＋２、空気圧０　、８５　
ｋｇ／　Ｃｍ２に設置し、金属線からの距離を２５ＣＩ
とした。このようにして、めっき後冷却された半［日め
っき銅覆鋼線の光沢、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は性について比較評
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は性、Ｓは塩水噴７Ｊ４８時間後の
半田付は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っき銅覆鋼線を使用した。

偏肉率の測定は、断面めっき厚さを光学顕微鏡により測
定し、■＝最大めつき厚さ、し：最小めっき厚さとし、
（Ｔ−ｔ）ｘ１００／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番プ性は、１７０±５℃の大気
中で２４時闇加熱保持した後、ＪＩＳ−Ｃ５０３３に規
定されている方法で測定した。さらに塩水噴Ｎ後の半田
付【ノ性は、Ｊ　ｌ５−Ｚ−２３７１に規定されている
塩水噴霧テスト後に基いて４８時間保持少、ＪＩＳ−Ｃ
５０３３に規定されている方法で測定した。また平均め
っき厚さは（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
っき厚さが大きく、偏肉率が小さいことが示されている
。

（実施例−２） 直径０．４＋ｕ＋の無酸素銅線を実施例−１と同一条件
でめっきを行った。但しめっき線速度は４５ｍ／分で行
った。比較材として通常市販されている同線径の溶融半
ｆ１１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っき厚さが大きく、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。

第１表 第２表 （発明の効果） 以上説明したように、この発明は溶＠半田めっぎ方法に
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）めっき厚さが厚く、均一なめっき層を形成するこ
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って均一に
冷却されることによって、めっきの垂れや、偏肉等を防
止することができるからである。

（Ｂ）めっ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、微噴霧冷却によって冷却ムラが防止でき、したが
っ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っ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は性が優れている。

【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図はめつぎ膜
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・・・めっき浴、３・・・微噴霧冷
ＰｉＩ装置、４，５・・・微噴霧ノズル、３０・・・微
噴霧液滴。 特許出願人　　　　　神鋼鋼線工業株式会社代　理　人
　　　　　弁理士　　　小谷悦司同　　　　　　　弁理
士　　　長１）正同　　　　　　　弁理士　　　板谷康
夫第　　１　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属線を溶融半田めっき浴中を通過させ、溶融半田
   浴から被めっき金属線を引上げた後、めっき表面が半溶
   融状態のままで冷却液の噴霧液滴中を通過させることを
   特徴とする金属線の溶融半田めっき方法。