WO2011052091A1 - 電子部品用端子の製造方法およびその製造方法により得られる電子部品用端子 - Google Patents

電子部品用端子の製造方法およびその製造方法により得られる電子部品用端子 Download PDF

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修平 吉澤
与志夫 横浜
太 石井
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湖北工業株式会社
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a terminal for an electronic component having a structure in which an electrode terminal made of an aluminum member and a lead terminal such as a copper wire or a CP wire are joined, and more particularly, a lead plated with lead-free tin.
  • the present invention relates to a method for manufacturing an electronic component terminal in which a terminal is bonded to an aluminum electrode, and an electronic component terminal obtained by the manufacturing method.
  • Terminals for electronic components used in batteries, capacitors, capacitors, and the like have a structure in which lead-out lead terminals are joined to a pair of rivets that function as a pair of electrodes.
  • a tab terminal used for an electrolytic capacitor or the like has a structure in which a lead wire is joined to a pair of electrode terminals. Each of these terminals is formed by joining aluminum and copper.
  • the electrode terminal and the lead lead have been joined by a mechanical method such as bolt fastening, caulking, winding fastening, or ultrasonic joining.
  • the mechanical method tends to increase the interfacial resistance of the bonded portion while the bonded portion is bulky and reduces the energy volume density of the entire battery. And since it requires man-hours, it is not suitable for mass production.
  • ultrasonic bonding may adversely affect the active material of the electrode due to applied vibration.
  • attempts have been made in recent years to join the rivet portion and the lead lead portion by welding.
  • the tab terminal for an electrolytic capacitor is generally joined by welding an electrode terminal and a lead wire.
  • the lead used for these terminals is often made of copper in order to improve thermal conductivity or electrical conductivity. And in order to improve the soldering property of an electronic component, this lead used what plated the surface.
  • JP-A-10-229152 discloses a method for improving the bonding strength between a copper lead wire and an aluminum electrode terminal by adding silver, bismuth or the like to tin plating. (Patent Document 1).
  • JP-A-8-222482 discloses a copper-aluminum by heating an aluminum electrode terminal portion, heating the aluminum to a semi-molten state, joining lead wires, and further heating the aluminum portion.
  • a method is disclosed in which a diffusion alloy layer made of tin is formed and the lead wire and the aluminum electrode are firmly bonded (Patent Document 2).
  • the method of adding silver or the like to tin plating has a problem that the plating process itself must be changed and a commercially available lead-free tin-plated copper wire cannot be used.
  • lead wires in which iron wires are coated with copper are used as lead wires, and through a diffusion alloy layer made of copper-aluminum-tin.
  • the aluminum electrode plate and the iron wire can be firmly bonded, but when using a copper lead wire having no iron core, the copper lead wire and the aluminum electrode This does not improve the bonding strength.
  • the internal resistance of the capacitor can be reduced by about 10% compared to the CP wire.
  • the internal resistance of the capacitor can be reduced by about 10% compared to the CP wire.
  • an object of the present invention is to use a commercially available lead-free tin plated lead wire as a lead wire terminal portion in an electronic component terminal in which a lead terminal portion plated with lead-free tin and an aluminum electrode terminal portion are joined. Even if there is no intermetallic compound at the bonding interface between copper and aluminum, an electronic component terminal excellent in bonding strength can be obtained. Is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for an electronic component that is obtained by the above-described manufacturing method and that has substantially no intermetallic compound at the bonding interface between copper and aluminum and has excellent bonding strength. .
  • the manufacturing method of the terminal for electronic parts in the present invention is the manufacturing method of the terminal for electronic parts formed by joining the lead terminal part plated with lead-free tin and the electrode terminal part made of aluminum, The lead terminal part and the electrode terminal part are arranged with an interval between them, A voltage is applied between the lead terminal part and the electrode terminal part to generate plasma, While melting or semi-melting the lead-free tin plating by the plasma, percussion welding is performed while pressing against one end of the lead terminal portion and the axis of the electrode terminal portion. It is a thing that comprises.
  • a terminal for electronic parts obtained by the production method of the present invention is also provided.
  • a commercially available lead-free tin plated lead wire is used as it is as the lead wire terminal portion.
  • an electronic component terminal having excellent bonding strength without substantially having an intermetallic compound at the bonding interface between copper and aluminum.
  • FIG. 1 is a schematic view of a tab terminal for an electrolytic capacitor which is an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tab terminal in which a welded portion between the aluminum electrode terminal portion and the copper lead wire terminal portion in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 3 shows a pressing process during percussion welding in the present invention.
  • FIG. 4 shows the welding process of the manufacturing method of the terminal for electronic components in another aspect of the present invention.
  • FIG. 5 shows the welding process of the manufacturing method of the terminal for electronic components in another aspect of the present invention.
  • FIG. 6 shows the welding process of the manufacturing method of the terminal for electronic components in another aspect of the present invention.
  • FIG. 7 shows an electron microscope observation image (50 times) of a welded section of the electrolytic capacitor tab terminal in Example 1.
  • FIG. 8 shows an electron microscope observation image (50 times) of the welded section of the electrolytic capacitor tab terminal in Comparative Example 1.
  • a lead terminal portion plated with lead-free tin and an electrode terminal portion made of aluminum are arranged at an interval, and a voltage is applied between the lead terminal portion and the electrode terminal portion.
  • the tin plating layer of the lead terminal portion is made into a semi-molten state, and percussion welding is performed while pressing the lead terminal portion and the aluminum electrode terminal portion in that state.
  • the tin metal layer substantially does not exist at the weld interface between the lead and the aluminum electrode. Since tin no longer exists at the interface between the aluminum electrode and the lead wire, this intermetallic compound such as tin-copper is not formed, and the welding strength of the terminal is improved.
  • “substantially” does not mean a state in which intermetallic compounds such as Cu 3 Sn and Cu 6 Sn 5 are removed at the molecular level at the bonding interface, but an interface between copper and aluminum.
  • it means a state in which an alloy such as tin-copper does not exist as an intermetallic compound layer.
  • the state in which the lead-free tin plating is “semi-molten” represents that solid tin that is not partially melted may be included.
  • the manufacturing method of the terminal for electronic parts of the present invention will be described taking a tab terminal used as an electrolytic capacitor terminal as an example, but the present invention is not limited to the manufacturing method of these tab terminals. Needless to say, the present invention can also be applied to other capacitor terminals such as capacitors and manufacturing methods for lug terminals and snap terminals used for capacitors.
  • FIG. 1 is a schematic view of a tab terminal for an electrolytic capacitor which is an example of the present invention.
  • a lead wire 2 covered with lead-free tin plating 4 is welded to an aluminum electrode terminal 1 having a flat plate portion 3.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tab terminal in which the welded portion between the aluminum electrode terminal and the lead wire is enlarged.
  • the lead wire 1 has been subjected to lead-free tin plating 4, and normally, a wire in which tin is coated on the copper wire 5 with a thickness of about 12 ⁇ m can be suitably used.
  • a lead terminal in addition to the above-described copper wire coated with lead-free tin plating, a lead wire obtained by coating an iron wire with copper (CP wire) coated with lead-free tin plating may be used.
  • the lead wire is cut to a desired length required as a tab terminal.
  • it is preferable that one end of the lead wire on the joining side with the aluminum electrode is formed into a taper shape.
  • the tapered shape can be a wedge shape or a conical shape.
  • the tip angle of the tip portion of the lead wire formed into a tapered shape is preferably in the range of 30 to 90 °. More preferably, it is 55 to 65 °. When the tip angle is more acute than 30 °, processing becomes difficult. When the tip angle exceeds 90 °, the lead tip portion is bent when the lead wire is pressed and welded to the aluminum electrode, and from the center of the aluminum electrode. It may be misaligned and welded. Further, in the case of the wedge shape, it is preferable that the ridge line at the tip of the wedge has an angle of about 3 to 90 °, preferably about 35 to 85 ° with respect to the axial direction of the lead wire. Thus, plasma discharge at the time of percussion welding is preferably performed by making the tip of the lead wire an acute angle.
  • the aluminum electrode terminal portion is formed by cutting a wire made of aluminum into a predetermined length, joining it to a copper lead wire of a predetermined length by welding, and forming the head of the aluminum wire into a flat shape by pressing.
  • the copper lead wire (lead terminal portion) 2 and the aluminum wire (aluminum electrode terminal portion) 1 are arranged so as not to contact each other (FIG. 3A).
  • the arrangement of both terminal portions may be performed, for example, by gripping and fixing both terminal portions to individual chucks or the like.
  • the interval at which both terminals do not contact is about 0.3 mm to 10 mm. If the interval is wider than 10 mm, it is necessary to increase the voltage in order to generate plasma, and if it is smaller than 0.3 mm, there is a possibility of short-circuiting when a voltage is applied to both terminal portions.
  • the voltage applied to both terminal portions is about 5 to 100 V from the viewpoint of plasma discharge, but can be appropriately adjusted depending on the distance between both terminals.
  • a plasma discharge P is generated at the tip of the copper lead wire or the end of the aluminum wire.
  • the plasma P causes the lead-free tin plating 4 coated on the copper lead wire to be in a semi-molten or molten state. Further, the tip of the copper lead wire 2 and the axial core portion of the aluminum wire 1 are also melted by the plasma P.
  • the copper lead wire is fixed, and the aluminum lead is pressed so that the copper lead wire contacts the axis of the aluminum wire, and the copper lead wire and the aluminum wire are joined by percussion welding ( FIG. 3 (c)).
  • the copper lead wire and the aluminum wire are welded in a state where only the lead-free tin plating is melted or semi-molten during pressing, as shown in FIG. 3 (c), the molten lead-free tin plating layer 4 is excluded.
  • the tip of the copper lead wire 2 is inserted into the shaft core 1 of the aluminum wire (electrode terminal part). When solidified in this state, the tip of the lead wire inserted into the aluminum electrode is joined to the aluminum electrode while maintaining a tapered shape.
  • a tin metal layer is hardly formed at the aluminum / copper bonding interface at the tip of the lead wire. That is, the tin metal layer is formed only in the vicinity of the welding beam 4 ′, and the tin 4 hardly remains in the portion where the lead wire is inserted into the aluminum electrode portion. As a result, an intermetallic compound of tin and aluminum or tin and copper is not formed at the copper / aluminum junction interface.
  • the pressing of both terminal portions is performed by fixing the copper lead wire 2 and pressing the aluminum wire (electrode terminal portion) 1 side. Moreover, as shown in FIG.3 (d), when the lead wire 2 is embed
  • the direction of the pressing of both terminal portions is reversed, the aluminum wire (electrode terminal portion) 1 is fixed, and the copper lead wire 2 side is pressed to press the copper lead wire 2 against the axis of the aluminum wire.
  • the CP wire described above may be used instead of the copper lead wire.
  • the present inventors have formed an intermetallic compound such as Cu 3 Sn or Cu 6 Sn 5 at the interface between the tin layer and aluminum, or the tin layer and copper. It has been found that the presence of the compound phase or tin metal phase causes cracks to develop and progress, and the terminal breaks at the joint interface between the aluminum electrode and the lead wire. That is, in conventional welding, tin plating coated on a copper lead wire is melted to form a tin metal phase at the joining interface between aluminum and copper, and tin-copper such as Cu 6 Sn 5 or tin-aluminum. An alloy phase (intermetallic compound phase) is also formed.
  • an alloy phase intermetallic compound phase
  • the layer made of tin metal or intermetallic compound present at the joint interface has a certain thickness, a crack will occur in the layer due to external stress, etc., and the crack will propagate to other parts, causing the terminal to break To do.
  • an intermetallic compound such as copper-tin is not substantially present, by bonding the copper lead wire and the aluminum electrode portion, an electronic component terminal having excellent bonding strength is obtained. Can be realized.
  • blowholes can be suppressed by performing percussion welding while melting or semi-melting the lead-free tin plating of the lead wires. That is, when a copper lead wire and an aluminum wire are welded by resistance welding as in the prior art, it is considered that a part of tin is vaporized due to a rapid temperature rise (about 2000 ° C.), and blow holes are generated. In the production method of the present invention, the tin plating layer is melted so that the tin layer is not formed at the aluminum / copper interface, so that it is considered that the blowhole itself is not generated.
  • lead-free tin plating on the surface of the lead wire is melted or semi-molten by plasma discharge during percussion welding, but in order to more completely lead-free tin plating to be molten or semi-molten,
  • the tip may be heated.
  • this heating method as shown in FIG. 4, by using a halogen lamp heater 6 and condensing the irradiation light with the lens 7, only the tip of the copper lead wire 2 can be locally heated.
  • the heating temperature is such that the temperature at which tin melts, that is, the surface of the copper lead wire terminal is about 240 ° C.
  • portions other than the welded portion of the lead should not be heated as much as possible. Therefore, it is preferable to heat only the tip of the lead.
  • the tip of the copper lead wire can be heated by spraying an inert gas on the welded portion.
  • the heating device 11 can be incorporated in the middle of the gas introduction path 12.
  • a conventional heating technique such as a ceramic heater can be used.
  • the heating device 11 is adjusted so that the inert gas temperature near the outlet of the spraying device 10 is about 240 ° C., which is the melting point of tin.
  • N 2 or argon gas can be suitably used as the inert gas.
  • the heating by the halogen lamp heater and the blowing of the heated inert gas can be performed at the same time.
  • both electrode portions are covered with a transparent resin container 13 having excellent elasticity, and inactive therein. It is also possible to heat the tip of the lead wire 2 by filling the gas and irradiating with heat rays from the outside of the transparent resin container 13 by the halogen lamp heater 6.
  • a transparent resin film such as polyolefin can be suitably used.
  • the terminal for electronic parts manufactured as described above is substantially free of tin-copper compound or tin-aluminum compound at the weld interface between the aluminum electrode portion and the lead wire, and its bonding strength, in particular, It is excellent in breaking strength between an electrode portion made of aluminum and a lead wire made of copper.
  • the thickness of the tin metal layer present at the bonding interface between the lead wire made of copper and the aluminum electrode portion is 80% or less of the tin thickness of the copper lead wire.
  • the tin metal layer does not need to be uniformly formed in the joining interface by welding, rather, the tin layer is not formed in the front-end
  • the thickness of the tin metal layer indicates the maximum thickness of the tin metal layer present at the bonding interface.
  • Example 1 As the lead terminal member, a 0.6 mm ⁇ copper lead wire to which lead-free tin plating (plating thickness 12 ⁇ m) was applied was used, and this lead copper wire was cut into a length of 20 mm. Further, an aluminum wire of 1.2 mm ⁇ was used as the aluminum electrode terminal member, and this aluminum wire was cut into a length of 9 mm.
  • the copper lead wire and the aluminum wire cut to a predetermined length were held by the respective electrodes of the percussion welding apparatus.
  • a halogen lamp heater IHU-A: manufactured by USHIO INC.
  • the irradiation light was condensed through a lens and irradiated to the aluminum electrode side tip portion of the lead wire member. It was 260 degreeC when the temperature of the front-end
  • Example 2 As the lead wire terminal member, a 1.0 mm ⁇ copper lead wire to which lead-free tin plating (plating thickness 12 ⁇ m) was applied was used. The copper lead wire was cut to a length of 10.0 mm, and one tip portion was processed into a 60 ° conical shape (taper processing). Further, in the sealing plate member in which the aluminum base material was tightly fitted to the resin by integral molding, the weld surface of the aluminum base material was smoothed by pressing. These copper lead wires and sealing plate members were used for the respective base materials of the percussion welding apparatus.
  • a voltage (about 50 V) is applied to both electrodes to cause plasma discharge, and welding is performed while pressing one end of the copper lead wire processed into a taper shape against the shaft core of the sealing plate member.
  • the sealing plate member was joined to obtain a capacitor sealing plate lead terminal.
  • Example 3 In Example 2, a lead terminal was obtained in the same manner as in Example 2 except that one tip portion of the copper lead wire was processed into a wedge shape with a tip angle of 60 °.
  • Comparative Example 1 The same lead terminal member and aluminum electrode terminal member as in Example 1 were used, both terminals were joined by conventional resistance welding (applied voltage 50 V), and the other of the welded aluminum wires was conducted in the same manner as in Example 1. One end of each was pressed and flattened, and the flat portion was cut into a predetermined shape to obtain a tab terminal 2 for an electrolytic capacitor.
  • the sample was polished from the side surface direction.
  • the polished surface was subjected to ion etching of about 80 ⁇ m, and surface observation and Auger electron spectroscopy (AES) surface analysis were performed using a scanning Auger electron branching apparatus (SAM 670 manufactured by PHI).
  • AES Auger electron spectroscopy
  • measurement was performed under the conditions of an acceleration voltage of 20 kV, a sample current of 15 nA, and a beam diameter of 70 nm or less.
  • the tab terminal 1 did not detect an intermetallic compound such as Cu 6 Sn 5 .
  • the tab terminal 2 the presence of intermetallic compounds such as tin and Cu 6 Sn 5 was confirmed at the bonding interface.
  • FIG. 7 shows an SEM observation image (50 times) of the bonding cross section of the tab terminal 1
  • FIG. 8 shows an SEM observation image (50 times) of the bonding cross section of the tab terminal 1.
  • the thickness of the intermetallic compound layer is larger than that of the tin layer is considered to be that tin was consumed by reacting with copper or aluminum during welding.
  • the tab terminal 2 it was confirmed that the tin layer was formed in the interface of the front-end
  • Whisker length measurement The length of whiskers grown on the welded joint surface of each terminal obtained above was measured. The whisker length was measured by measuring the length of whiskers growing from the welded portion after each terminal was left in an environment of 95 RH% at 60 ° C. for 2000 hours.
  • the tab terminal 1 was broken at the copper-aluminum welded portion, the breaking cycle was 2.5 times or more, and the joint strength was excellent.
  • the tab terminal 2 joined by the conventional welding method is found to have insufficient joint strength due to the formation of the intermetallic compound. Moreover, it turns out that generation

Abstract

　無鉛スズメッキされたリード端子部と／アルミからなる電極端子部とが接合された電子部品端子において、優れた接合強度を有する電子部品用端子が得られる、電子部品端子の製造方法を提供する。無鉛スズメッキされたリード端子部とアルミからなる電極端子部とが接合されてなる電子部品用端子の製造方法であって、前記リード端子部と前記電極端子部とを間隔をあけて配置し、前記リード端子部と前記電極端子部との間に電圧をかけてプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記無鉛スズメッキを溶融または半溶融させながら、前記リード端子部の一端と、前記電極端子部の軸芯に押圧させながらパーカッション溶接を行う。

Description

電子部品用端子の製造方法およびその製造方法により得られる電子部品用端子 発明の背景
　発明の分野
　本発明は、アルミニウム部材からなる電極端子と、銅線やＣＰ線等のリード端子とが接合された構造を有する電子部品用端子の製造方法に関し、さらに詳しくは、無鉛スズメッキされたリード端子がアルミニウム電極に接合された電子部品用端子の製造方法およびその製造方法により得られる電子部品用端子に関する。
　背景技術
　電池、コンデンサ、キャパシター等に用いられる電子部品用の端子は、一対の電極として機能する一対のリベット部に引き出しリード端子が接合された構造を有している。また、電解コンデンサ等に用いられるタブ端子は、一対の電極端子にリード線が接合された構造を有している。これら各端子は、何れもアルミと銅とを接合することにより形成されている。
　従来、ラグ端子ないしスナップ端子にあっては、電極端子と引き出しリードとの接合は、ボルト締め、カシメ、巻締め等の機械的な方法や、超音波接合等により行われてきた。このうち、機械的方法は、接合部分が嵩張り電池全体のエネルギー体積密度を低下させる上に接合部の界面抵抗が高くなりやすい。そして、工数を要することから量産には不向きである。また、超音波接合は、加える振動により電極の活物質に悪影響を及ぼすおそれがある。このような問題を解決するため、近年、リベット部と引き出しリード部とを溶接により接合する試みがなされている。
　また、電解コンデンサ用のタブ端子は、電極端子とリード線とを溶接により接合することが一般的に行われている。
　これらの端子に用いられる引き出しリードは、熱伝導性ないし電気伝導度を向上させるため銅が用いられることが多い。そして、電子部品のハンダ特性を向上させるために、該リードは、表面にメッキを施したものが用いられている。
　一方、近年、環境問題に配慮して、電子部品の電極端子の無鉛化や電子部品の接合に無鉛はんだを使用する技術の開発がなされ始めている。電子部品の端子として用いるリード線においても、従来の鉛含有スズメッキに替わり、鉛を用いない、いわゆる鉛フリーのスズメッキが使用され始めている。
　このような無鉛スズメッキが施されたリード線を用いた電子部品の端子においては、電極端子と該リード線とを溶接により接合しても、十分な接合強度が得られない。このような問題を解決するため、例えば、特開平１０－２２９１５２号公報等には、スズメッキに銀やビスマス等を添加することにより、銅リード線とアルミ電極端子との接合強度を向上させる方法が開示されている（特許文献１）。
　また、特開平８－２２２４８２号公報には、アルミ電極端子部分を加熱し、該アルミを半溶融状態に加熱してリード線を接合し、その後にさらにアルミ部分を加熱することにより、銅－アルミ－スズからなる拡散合金層を形成し、リード線とアルミ電極とを強固に接合せしめる方法が開示されている（特許文献２）。
　しかしながら、スズメッキに銀等を添加する方法では、メッキ工程自体を変更しなければならず、市販の無鉛スズメッキ銅線を使用できなくなるという問題がある。
　また、アルミ電極を加熱しながらリード線を接合する方法においては、リード線として鉄線に銅を被覆した引き込み線（ＣＰ線）が用いられており、銅－アルミ－スズからなる拡散合金層を介して、アルミ極板と鉄線とを強固に接合させることができるものの、このような鉄芯を有さない銅リード線を用いる場合は、上記の方法を用いても、銅リード線とアルミ電極との接合強度は向上しない。
　一方、リード線として銅線を用いた場合、ＣＰ線と比較して、コンデンサの内部抵抗を約１０％下げることができ、このような低ＥＳＲ型のコンデンサをデジタル家電に用いることにより、少なくとも１０％以上の省エネ効果が期待できると言われている。また、ハイブリッドカーや電気自動車等に用いられるキャパシターは高い信頼性が要求されるため、従来のアルミ電極とリード端子とをねじやリベットで固定したものよりも、溶接によって固定したものが使用される。このように、コンデンサやキャパシター等の電極端子においては、ＣＰ線よりも、銅単体からなるリード線が好ましく使用され、アルミ電極と銅リード線との接合技術の開発が切望されている。
　本発明者らは、無鉛スズメッキされたリード端子部と／アルミ電極端子部とが接合された電子部品端子において、従来の溶接を行うと、銅とアルミとの接合界面にスズ－銅ないしスズ－アルミ等の金属間化合物が形成され、その金属間化合物の存在により溶接強度が低下することを気づいた。そして、特定の溶接方法を採用することにより、これら金属間化合物が銅／アルミ接合界面形成されずに、溶接強度に優れる電子部品端子を実現できることを見出した。
　したがって、本発明の目的は、無鉛スズメッキされたリード端子部とアルミ電極端子部とが接合された電子部品端子において、リード線端子部として、市販の無鉛スズメッキされたリード線をそのまま用いた場合であっても、銅とアルミとの接合界面に実質的に金属間化合物が存在せずに、接合強度に優れる電子部品用端子が得られる、電子部品端子、とりわけコンデンサ用のタブ端子の製造方法を提供することである。
　また、本発明の別の目的は、上記の製造方法により得られた、銅とアルミとの接合界面に実質的に金属間化合物が存在せずに、接合強度に優れる電子部品用端子も提供する。
　そして、本発明における電子部品用端子の製造方法は、無鉛スズメッキされたリード端子部とアルミからなる電極端子部とが接合されてなる電子部品用端子の製造方法であって、
　前記リード端子部と前記電極端子部とを間隔をあけて配置し、
　前記リード端子部と前記電極端子部との間に電圧をかけてプラズマを発生させ、
　前記プラズマにより前記無鉛スズメッキを溶融または半溶融させながら、前記リード端子部の一端と、前記電極端子部の軸芯に押圧させながらパーカッション溶接を行う、
ことを含んでなる、ものである。
　本発明の別の態様においては、本発明の製造方法により得られた電子部品用端子も提供される。
　本発明によれば、無鉛スズメッキされたリード端子部とアルミ電極端子部とが接合された電子部品端子において、リード線端子部として、市販の無鉛スズメッキされたリード線をそのまま用いた場合であっても、銅とアルミとの接合界面に実質的に金属間化合物が存在せずに、接合強度に優れる電子部品用端子を実現することができる。
図１は、本発明の一例である電解コンデンサ用タブ端子の概略図を示したものである。 図２は、図１におけるアルミ電極端子部と銅リード線端子部との溶接部分を拡大した、タブ端子の断面図である。 図３は、本発明におけるパーカッション溶接時の押圧工程を示したものである。 図４は、本発明の別の態様における、電子部品用端子の製造方法の溶接工程を示したものである。 図５は、本発明の別の態様における、電子部品用端子の製造方法の溶接工程を示したものである。 図６は、本発明の別の態様における、電子部品用端子の製造方法の溶接工程を示したものである。 図７は、実施例１における電解コンデンサ用タブ端子の溶接部分断面の電子顕微鏡観察像（５０倍）を示したものである。 図８は、比較例１における電解コンデンサ用タブ端子の溶接部分断面の電子顕微鏡観察像（５０倍）を示したものである。
発明の具体的説明
　本発明による電子部品用端子を、図を参照しながら更に詳細に説明する。
　本発明における電子部品用端子の製造方法は、無鉛スズメッキされたリード端子部と、アルミからなる電極端子部とを間隔をあけて配置し、前記リード端子部と前記電極端子部との間に電圧をかけてプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記無鉛スズメッキを溶融または半溶融させながら、前記リード端子部の一端と、前記電極端子部の軸芯に押圧させながらパーカッション溶接を行うことを含むものでる。本発明においては、リード端子部のスズメッキ層を半溶融の状態にし、その状態においてリード端子部とアルミ電極端子部とを押圧しながらパーカッション溶接を行う。このようにして得られた電子部品用端子は、リードとアルミ電極との溶接界面に、スズ金属層が実質的に存在しなくなる。スズがアルミ電極とリード線との界面に存在しなくなることにより、このスズ－銅等の金属間化合物が形成されず、端子の溶接強度が向上する。ここで、「実質的に」とは、該接合界面にＣｕ３ＳｎやＣｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物が分子レベルで除去されている状態を意味するのではなく、銅とアルミとの界面にスズ－銅等の合金が、金属間化合物層として存在しない程度の状態を意味する。また、無鉛スズメッキが「半溶融」した状態とは、一部に溶融していない固体状態のスズが含まれていてもよいことを表す。
　以下、本発明の電子部品用端子の製造方法について、電解コンデンサ用端子として用いられるタブ端子を例にとって説明するが、本発明がこれらタブ端子の製造方法に限定されるものではなく、二重電解コンデンサ等の他のコンデンサ用端子やキャパシターに用いられるラグ端子やスナップ端子等の製造方法にも適用できることは言うまでもない。
　図１は、本発明の一例である電解コンデンサ用タブ端子の概略図を示したものである。平板部３を有するアルミ電極端子１に無鉛スズメッキ４で被覆されたリード線２が溶接された構造を有している。図２は、アルミ電極端子とリード線との溶接部分を拡大した、タブ端子の断面図である。
　リード線１は、無鉛スズメッキ４が施されており、通常は、１２μｍ程度の厚みでスズが銅線５上に被覆されたものを好適に用いることができる。リード端子としては、上記のような銅線を無鉛スズメッキで被覆したもの以外にも、鉄線に銅を被覆した引き込み線（ＣＰ線）を無鉛スズメッキで被覆したものを使用してもよい。このリード線は、タブ端子として要求される所望の長さに切断される。本発明においては、リード線のアルミ電極との接合側の一端部がテーパ状に成形加工されてなることが好ましい。テーパ形状として、楔形または円錐形とすることができる。テーパ形状に成形加工されたリード線先端部分の先端角は３０～９０°の範囲であることが好ましい。より好ましくは、５５～６５°である。先端角が３０°よりも鋭角になると、加工が困難となり、また、９０°を超えると、リード線を押圧してアルミ電極に溶接する際に、該リード先端部分が曲がり、アルミ電極の中心からずれて溶接されてしまうことがある。さらに、楔形の場合は、その楔先端の稜線が、リード線の軸方向に対して、３～９０°、好ましくは３５～８５°程度の角度を有してなることが好ましい。このように、リード線の先端部分を鋭角にすることにより、パーカッション溶接の際のプラズマ放電が好ましく行われる。
　一方、アルミ電極端子部は、アルミからなる線材を所定長さに切断した後、所定長の銅リード線と溶接により接合し、アルミ線材の頭部をプレスにより扁平状に成形することにより形成される。
　本発明における溶接方法を、図を参照しながら詳細に説明する。まず、銅リード線（リード端子部）２とアルミ線（アルミ電極端子部）１とが接触しないように間隔をあけて配置する（図３（ａ））。両端子部の配置は、例えば、両端子部を個々のチャック等に把持して固定することにより行われてよい。また、両端子が接触しないような間隔としては、約０．３ｍｍ～１０ｍｍ程度である。間隔が１０ｍｍよりも広いと、プラズマを発生させるために電圧を高くする必要があり、また、０．３ｍｍよりも狭いと両端子部に電圧を印加した際にショートするおそれがある。また、両端子部に印加する電圧は、プラズマ放電させる観点から５～１００Ｖ程度であるが、両端子間の距離によって適宜調整することができる。
　この状態において銅リード線とアルミ線との間に電圧が印加されると、図３（ｂ）に示すように、銅リード線の先端部ないしアルミ線の端部にプラズマ放電Ｐが発生する。このプラズマＰにより、銅リード線に被覆した無鉛スズメッキ４が半溶融ないし溶融した状態になる。また、銅リード線２の先端やアルミ線１の軸芯部分も、プラズマＰにより溶融した状態になる。
　上記の状態から、銅リード線を固定しておき、銅リード線がアルミ線の軸芯に当接するように、アルミ線を押圧して、パーカッション溶接により銅リード線とアルミ線とを接合する（図３（ｃ））。押圧の際、無鉛スズメッキのみが溶融または半溶融した状態で銅リード線とアルミ線とを溶接すると、図３（ｃ）に示すように、押圧の際、溶融した無鉛スズメッキ層４を排除しながら銅リード線２の先端がアルミ線（電極端子部）の軸芯１に挿入されていく。この状態で固化されると、アルミ電極に挿入されたリード線の先端はテーパ形状を保持した状態でアルミ電極に接合される。このリード線先端部分でのアルミ／銅の接合界面には、ほとんどスズ金属層が形成されない。すなわち、スズ金属層が形成されるのは、溶接もり４’近傍のみであって、リード線がアルミ電極部に挿入された部分には、ほとんどスズ４が残らない状態となる。その結果、銅／アルミ接合界面においては、スズとアルミないしスズと銅との金属間化合物が形成されなくなる。
　両端子部の押圧は、銅リード線２を固定しておき、アルミ線（電極端子部）１側を押すことにより行う。また、図３（ｄ）に示すように、押圧によりリード線２がアルミ線１（電極端子部）の軸芯に埋設する際に、押圧の力をさらに増加させてもよい。このような押圧を行うことにより、より一層、銅／アルミ接合界面においては、スズとアルミないしスズと銅との金属間化合物が形成されなくなり、その結果、接合強度に優れるタブ端子を得ることができる。なお、両端子部の押圧の方向を逆にし、アルミ線(電極端子部)１を固定しておき、銅リード線２側を押すことにより、銅リード線２をアルミ線の軸芯に押圧してもよいことは言うまでもない。また、本発明においては、銅リード線に代えて、上記したＣＰ線を用いてもよい。
　本発明者らは、アルミ電極／リード線の接合強度がこのスズ層とアルミ、またはスズ層と銅との界面にＣｕ３ＳｎやＣｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物が形成され、この金属間化合物相ないしスズ金属相の存在により、クラックが発生、進展していき、アルミ電極とリード線との接合界面で端子が破断することを見出した。すなわち、従来の溶接においては、銅リード線に被覆されたスズメッキが溶融して、アルミと銅との接合界面にスズ金属相を形成するとともに、Ｃｕ６Ｓｎ５等のスズ－銅またはスズ－アルミ合金相（金属間化合物相）も形成される。接合界面に存在するスズ金属ないし金属間化合物からなる層がある程度厚みを有すると、外部応力等により、当該層にクラックが発生し、そのクラックが他の部位に進展していくことにより端子が破断する。本発明においては、銅－スズ等の金属間化合物が実質的に存在しないような溶接方法を用いて、銅リード線とアルミ電極部とを接合することにより、接合強度に優れる電子部品用端子を実現することができる。
　また、このように、リード線の無鉛スズメッキを溶融または半溶融させながら、パーカッション溶接を行うことにより、ブローホールの発生も抑制されることを見出した。すなわち、従来のように抵抗溶接により銅リード線とアルミ線とを溶接した場合、急激な温度上昇（２０００℃程度）により、スズの一部が気化し、ブローホールが発生するものと考えられるが、本発明の製造方法にあっては、スズメッキ層を溶融させて、アルミ／銅界面にスズ層が形成されないようにしたものであるため、ブローホール自体が発生しなくなるものと考えられる。
　本発明においては、パーカッション溶接時のプラズマ放電により、リード線表面の無鉛スズメッキを溶融または半溶融状態するものであるが、より完全に無鉛スズメッキを溶融または半溶融状態にするために、リード線の先端部を加熱してもよい。この加熱方法として、図４に示すように、ハロゲンランプヒーター６を用いて、照射光をレンズ７により集光させることにより、銅リード線２の先端部のみを局部的に加熱できる。加熱温度は、スズが溶融する温度、すなわち、銅リード線端子の表面が２４０℃程度になるよう行う。なお、メッキ層のハンダ濡れ性の低下を防ぐためには、できるだけリードの被溶接部以外の部分は、加熱されないほうが良く、従ってリード先端部のみ加熱を行うことが好ましい。
　また、溶接時のアルミ／銅の酸化を防ぐため、アルゴンや窒素等の不活性ガスを溶接部分に吹き付ける場合にあっては、他の態様の加熱方法として、図５に示すように、加熱した不活性ガスを溶接部分に吹き付けることにより、銅リード線の先端部を加熱することもできる。不活性ガスの吹きつけ装置１０が溶接装置に組み込まれている場合には、ガス導入路１２の途中に、加熱装置１１を組み込むことにより実施できる。加熱装置としては、セラミックヒーター等の従来の加熱技術を使用できる。吹きつけ装置１０の出口付近の不活性ガス温度が、スズの融点である２４０℃程度になるよう、加熱装置１１を調整する。なお、不活性ガスは、Ｎ２やアルゴンガスを好適に用いることができる。
　さらに、上記のハロゲンランプヒーターによる加熱と、加熱した不活性ガスの吹きつけとを同時に実施することもできる。
　なお、ラグ端子やスナップ端子の製造においては、アルミ電極１にリード線２を溶接する際、図６に示すように、両電極部分を弾性に優れる透明樹脂容器１３で覆い、その中に不活性ガスを充填させておき、該透樹脂容器１３の外部からハロゲンランプヒーター６によって、熱線照射を行い、リード線２の先端を加熱することもできる。透明樹脂容器は、ポリオレフィン等の透明樹脂フィルムを好適に使用できる。
　上記のようにして製造された電子部品用端子は、アルミ電極部とリード線との溶接界面に実質的にスズ－銅化合物またはスズ－アルミ化合物が存在せず、また、その接合強度、特に、アルミからなる電極部と銅からなるリード線との破断強度に優れるものである。
　また、上記の方法によって製造された電子部品用端子は、銅からなるリード線とアルミ電極部との接合界面に存在するスズ金属層の厚みが、銅リード線スズメッキ厚の８０％以下である。このように、銅／アルミ界面に存在するスズ金属層の厚みを薄くすることにより、溶接の接合強度を高くすることができる。なお、図３（ａ）に示すように、スズ金属層は、溶接による接合界面に均一に形成されている必要はなく、むしろ、銅リード線の先端部分には、スズ層が形成されていない方が好ましい。本発明における、スズ金属層の厚みとは、接合界面に存在するスズ金属層の最大厚みを示すものである。
　さらに、上記の製造方法により得られた電子部品用端子において、特に、リード端子部として銅リード線やＣＰ線を用い、アルミ電極部としてアルミ線を用いたコンデンサ用タブ端子では、溶接接合部分の銅とアルミとの界面にスズ層が形成されていないため、従来の無鉛スズメッキされたタブ端子でみられるウィスカの発生が抑制されることがわかった。本発明の製造方法によりタブ端子のウィスカ発生が抑制されることは、全く予期せぬ驚くべき効果であった。その理由は定かではないが、タブ端子の溶接接合部の近傍にスズ金属がほとんど存在していないためと考えられる。
実施例１
　リード端子部材として、無鉛スズメッキ（メッキ厚１２μｍ）が施された０．６ｍｍφの銅リード線を用い、このリード銅線を２０ｍｍ長に切断した。また、アルミ電極端子部材として、１．２ｍｍφのアルミ線を用い、このアルミ線を９ｍｍ長に切断した。
　所定長に切断された銅リード線とアルミ線とを、パーカッション溶接装置のそれぞれの電極に把持した。次に、ハロゲンランプヒーター（ＩＨＵ－Ａ：ウシオ電機製）を用い、照射光をレンズを通して集光し、リード線部材のアルミ電極側先端部分に照射した。リード線部材の先端部分の温度を非接触温度計で測定したところ、２６０℃であった。
　次に、この状態で、両電極に電圧（約５０Ｖ）を印加してプラズマ放電させ、銅リード線の一端をアルミ線の軸芯に押圧ながら溶接を行い、銅リード線とアルミ線とを接合した。次いで、溶接したアルミ線の他方の一端をプレスして扁平化し、扁平部を所定の形状になるように切断して、電解コンデンサ用タブ端子１を得た。
実施例２
　リード線端子部材として、無鉛スズメッキ（メッキ厚１２μｍ）が施された１．０ｍｍφの銅リード線を用いた。銅リード線を１０．０ｍｍ長に切断し、一方の先端部分を６０°の円錐形状に加工（テーパ加工）した。また、一体成型により樹脂にアルミ母材が密嵌された封口板部材において、アルミ母材の溶接面をプレスにより平滑化した。これら銅リード線と封口板部材とを、パーカッション溶接装置のそれぞれの母材に供した。
　次に、この状態で両電極に電圧（約５０Ｖ）を印加してプラズマ放電させ、銅リード線のテーパ状に加工した一端を封口板部材の軸芯に押圧ながら溶接を行い、銅リード線と封口板部材とを接合し、キャパシター用封口板リード端子を得た。
実施例３
　実施例２において、銅リード線の一方の先端部分を先端角６０°の楔形状に加工した以外は、実施例２と同様にしてリード端子を得た。
比較例１
　リード端子部材およびアルミ電極端子部材として、実施例１と同様のものを用い、従来の抵抗溶接（印加電圧５０Ｖ）によって両端子を接合し、実施例１と同様にして、溶接したアルミ線の他方の一端をプレスして扁平化し、扁平部を所定の形状になるように切断して、電解コンデンサ用タブ端子２を得た。
接合界面の観察
　得られたタブ端子の側断面を観察するため、試料を側面方向から研磨した。研磨面に約８０μｍのイオンエッチング処理を行い、走査型オージェ電子分校装置（ＰＨＩ製　ＳＡＭ６７０）を用いて、表面観察およびオージェ電子分光（ＡＥＳ）面分析を行った。ＡＥＳ面分析においては、加速電圧２０ｋＶ、試料電流１５ｎＡ、ビーム径７０ｎｍ以下の条件にて測定した。ＡＥＳ面分析結果より、タブ端子１は、Ｃｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物は検出されなかった。一方、タブ端子２では、接合界面にスズおよびＣｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物の存在が確認された。
　また、上記と同様にして試料を側面方向から研磨し、ＳＥＭ観察に供した。タブ端子１の接合断面のＳＥＭ観察像（５０倍）を図７に、タブ端子１の接合断面のＳＥＭ観察像（５０倍）を図８に示す。図７に示されたＳＥＭ観察の結果より、タブ端子１は、リード線とアルミ電極との接合界面部分においてリード先端部分にスズ層および銅／アルミの金属間化合物層の形成は見られなかった。また、溶接もり付近での接合界面においては、銅層とアルミ層との間に１～２μｍの金属間化合物層と１μｍ以下のスズ層が形成されていた。スズ層よりも金属間化合物層の方が厚みが大きいのは、溶接の際、スズが銅ないしアルミと反応して消費されてしまったためと考えられる。一方、タブ端子２では、銅リード線の先端部分とアルミ電極端子との界面にスズ層が形成されていることが確認された。
　さらに、ＳＥＭ観察により、スズ層の厚みを測定した。結果を表１に示す。
屈曲性耐久試験
　得られたタブ端子１および２について、屈曲性耐久試験を行った。屈曲性耐久試験は、タブ端子のアルミ電極端子部のプレス部分を把持し、銅リード線に１ｋｇの荷重をかけた状態で、溶接部分を左右に９０°ずつ折り曲げて１サイクルとし、何サイクルで破断するかを測定したものである。結果は表１に示される通りであった。
ウィスカ長さ測定
　上記で得られた各端子の溶接接合部表面に成長するウィスカの長さを測定した。ウィスカ長さの測定は、各端子を６０℃で９５ＲＨ％の環境下に２０００時放置した後の溶接もり部分から成長しているウィスカの長さを測定することにより行った。
　表１に示される結果からも明らかなように、タブ端子１は、銅－アルミの溶接部分で破断し、破断サイクルは２．５回以上であり、接合強度に優れるものであった。一方、従来の溶接方法により接合を行ったタブ端子２は、金属間化合物の形成により、接合強度が不十分であることがわかる。また、本発明の製造方法により得られた端子は、ウィスカの発生が抑制されていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (12)

  1. 　無鉛スズメッキされたリード端子部とアルミからなる電極端子部とが接合されてなる電子部品用端子の製造方法であって、
    　前記リード端子部と前記電極端子部とを間隔をあけて配置し、
    　前記リード端子部と前記電極端子部との間に電圧をかけてプラズマを発生させ、
    　前記プラズマにより前記無鉛スズメッキを溶融または半溶融させながら、前記リード端子部の一端と、前記電極端子部の軸芯に押圧させながらパーカッション溶接を行う、
    ことを含んでなる、電子部品用端子の製造方法。
  2. 　前記リード端子部の被溶接部分のみ局所的に加熱を行う、請求項１に記載の製造方法。
  3. 　前記リード端子部の局所加熱を、非接触ヒーターにより行う、請求項２に記載の製造方法。
  4. 　前記リード端子部の加熱を、加熱された不活性ガスの吹きつけにより行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 　前記リード端子部の接合側端部をテーパ状に成形加工する工程を含んでなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 　前記リード端子部の接合側端部が、先端角３０～９０°の円錐形状に成形加工されてなる、請求項５に記載の製造方法。
  7. 　前記リード端子部の接合側端部が、先端角３０～９０°の楔形状に成形加工されてなり、その楔先端の稜線が、前記リード端子の軸方向に対して３～９０°の角度を有してなる、請求項５に記載の製造方法。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の製造方法により得られる電子部品用端子であって、前記リード端子部と前記電極端子部との接合界面に、スズ－銅化合物またはスズ－アルミ化合物が実質的に存在しない、電子部品用端子。
  9. 　前記リード線が銅またはＣＰ線からなる、請求項１～８のいずれか一項に記載の、電子部品用端子。
  10. 　前記銅リード端子部とアルミ電極端子部との接合界面に存在するスズ層が、リード端子部にメッキされた無鉛スズメッキ層の厚みの８０％以下の厚みである、請求項９に記載の電子部品用端子。
  11. 　前記銅リード端子部とアルミ電極端子部との接合界面に存在するスズ層が、リード端子部にメッキされた無鉛スズメッキ層の厚みの２０％以下の厚みである、請求項９に記載の電子部品用端子。
  12. 　コンデンサ用のタブ端子として用いられる、請求項８～１１のいずれか一項に記載の電子部品用端子。
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