WO2012111185A1 - はんだめっき銅線およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solder-plated copper wire useful as a solar cell interconnector and a method for producing the same.
- solder plating tank 24 molten solder M is stored in the tank.
- the flat copper wire 11 from the annealing furnace 23 is immersed in the molten solder M.
- the composition of the molten solder M is the same as that of the lead-free solder plating layer described above.
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Abstract
本発明は、鉛フリーはんだめっき層で被覆されたはんだめっき銅線であって、銅線が、銅および不可避不純物からなり、且つその断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、鉛フリーはんだめっき層が、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金からなり、銅線と鉛フリーはんだめっき層との界面において、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物が存在し、銅線断面の長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面における、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の平均厚さが、０．０１０～５．０μｍであることを特徴とするはんだめっき銅線を提供する。本発明のはんだめっき銅線は、鉛フリーはんだめっき層と銅線とが良好に密着し、且つ低耐力を示す。
Description
本発明は、太陽電池のインターコネクタなどとして有用なはんだめっき銅線およびその製造方法に関する。
太陽電池は、一般にシリコンセルおよびインターコネクタを有し、複数のシリコンセルがインターコネクタを介して電気的に接続されている。このインターコネクタとしては、はんだめっき銅線が多用されている。
近年、コストダウン等のために、太陽電池のシリコンセルの薄型化が進んでいる。薄型化されたシリコンセルでは、はんだ付けの際の加熱または太陽電池の使用時の温度上昇によってはんだめっき銅線が膨張し、この膨張で生じた負荷応力によってセルが変形または破損するという問題が生ずる。この問題に対して、例えば特許文献１では、セルの変形または破損を防止するため、耐力が低いことを特徴とする太陽電池用リード線（即ち、太陽電池のインターコネクタ）の発明が記載されている。
太陽電池では、シリコンセルの薄型化が進んでいることに加えて、環境問題に対処するため、鉛入りはんだめっき銅線から鉛フリーはんだめっき銅線への転換が進められている。この鉛フリーはんだめっきは、鉛入りはんだめっきに比べてＳｎ含有量が多い。そのため鉛フリーはんだめっき銅線では、鉛入りはんだめっき銅線に比べて、はんだめっき層と銅線との界面にＳｎを含んだ硬い金属間化合物が形成されやすい。この硬い金属間化合物は、鉛フリーはんだめっき銅線の耐力を増大させる。
また、銅線にはんだめっき層を形成するには、一般に、溶融はんだ浴に銅線を浸漬することによって行われる。この点、鉛フリーはんだの溶融温度は鉛入りはんだの溶融温度よりも高い。そのため、鉛フリーはんだめっき銅線では、鉛入りはんだめっき銅線に比べて、より厚い金属間化合物が形成されやすく、その耐力が増大する。
鉛フリーはんだめっき銅線の耐力を下げるためには、金属間化合物は薄いほど好ましい。しかし、この金属間化合物は鉛フリーはんだめっき層と銅線との密着に寄与するため、金属間化合物が薄すぎると、鉛フリーはんだめっき層と銅線との密着が不充分になる。
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、鉛フリーはんだめっき層と銅線とが良好に密着し、且つ低耐力を示す鉛フリーはんだめっき銅線を提供することにある。
本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、金属間化合物の厚さを適正範囲に調整すれば、優れた密着性および低耐力を両立した鉛フリーはんだめっき銅線を得られることを見出した。この知見に基づく本発明は以下の通りである。
［１］ 銅線が鉛フリーはんだめっき層で被覆されたはんだめっき銅線であって、
銅線が、銅および不可避不純物からなり、且つその断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、
鉛フリーはんだめっき層が、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金からなり、
銅線と鉛フリーはんだめっき層との界面において、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物が存在し、
銅線断面の長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面における、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の平均厚さが、０．０１０～５．０μｍであることを特徴とするはんだめっき銅線。
［２］ ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の少なくとも一部が、Ｃｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5からなる二層の金属間化合物である上記［１］に記載のはんだめっき銅線。
［３］ 太陽電池のインターコネクタとして用いられる上記［１］または［２］に記載のはんだめっき銅線。
［４］ 平角銅線を、還元ガスを導入した焼鈍炉内に通過させた後、溶融はんだに突入させて、浸漬し、引き上げることを含み、
焼鈍炉内の温度が３００～９００℃であり、焼鈍炉の下流端の銅線出口が溶融はんだ中にあることを特徴とする、上記［１］または［２］に記載のはんだめっき銅線の製造方法。
［５］ 還元ガスを焼鈍炉の下流側から上流側に流す、上記［４］に記載の製造方法。
［６］ 不活性ガスで希釈した還元ガスを焼鈍炉内に流す、上記［４］または［５］に記載の製造方法。
［７］ 溶融はんだに突入させる際の平角銅線の温度が、１００～７００℃である上記［４］～［６］のいずれか一つに記載の製造方法。
［８］ 溶融はんだの温度が２４０～３３０℃であり、溶融はんだへの平角銅線の浸漬時間が０．０１～１０分である、上記［４］～［７］のいずれか一つに記載の製造方法。
なお、以下では「ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物」を、単に「金属間化合物」と略称することがある。
銅線が、銅および不可避不純物からなり、且つその断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、
鉛フリーはんだめっき層が、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金からなり、
銅線と鉛フリーはんだめっき層との界面において、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物が存在し、
銅線断面の長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面における、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の平均厚さが、０．０１０～５．０μｍであることを特徴とするはんだめっき銅線。
［２］ ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の少なくとも一部が、Ｃｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5からなる二層の金属間化合物である上記［１］に記載のはんだめっき銅線。
［３］ 太陽電池のインターコネクタとして用いられる上記［１］または［２］に記載のはんだめっき銅線。
［４］ 平角銅線を、還元ガスを導入した焼鈍炉内に通過させた後、溶融はんだに突入させて、浸漬し、引き上げることを含み、
焼鈍炉内の温度が３００～９００℃であり、焼鈍炉の下流端の銅線出口が溶融はんだ中にあることを特徴とする、上記［１］または［２］に記載のはんだめっき銅線の製造方法。
［５］ 還元ガスを焼鈍炉の下流側から上流側に流す、上記［４］に記載の製造方法。
［６］ 不活性ガスで希釈した還元ガスを焼鈍炉内に流す、上記［４］または［５］に記載の製造方法。
［７］ 溶融はんだに突入させる際の平角銅線の温度が、１００～７００℃である上記［４］～［６］のいずれか一つに記載の製造方法。
［８］ 溶融はんだの温度が２４０～３３０℃であり、溶融はんだへの平角銅線の浸漬時間が０．０１～１０分である、上記［４］～［７］のいずれか一つに記載の製造方法。
なお、以下では「ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物」を、単に「金属間化合物」と略称することがある。
本発明のはんだめっき銅線は、鉛フリーはんだめっき層を有するにもかかわらず、金属間化合物の厚さが適正範囲に調整されているので、優れた密着性および低耐力を両立することができる。
本発明のはんだめっき銅線は、銅線が鉛フリーはんだめっき層で被覆されたものであり、銅線と鉛フリーはんだめっき層との界面において、特定の厚さの金属間化合物が存在することを特徴とする。以下、銅線、鉛フリーはんだめっき層および金属間化合物について順に説明し、その後、はんだめっき銅線自体およびその製造方法について説明する。
［銅線］
銅線は、銅および不可避不純物からなる。低い耐力および高い導電性のために、銅線は、純銅であることが好ましい。純銅としては、タフピッチ銅、脱酸銅および無酸素銅が挙げられ、これらの中で無酸素銅がより好ましい。
銅線は、銅および不可避不純物からなる。低い耐力および高い導電性のために、銅線は、純銅であることが好ましい。純銅としては、タフピッチ銅、脱酸銅および無酸素銅が挙げられ、これらの中で無酸素銅がより好ましい。
銅線の断面形状は、長辺と短辺とを有する略長方形である。即ち、銅線は、塑性加工（例えば、引抜きまたは圧延など）によって、その断面形状が略長方形に仕上げられた平角線である。図１に、銅線およびはんだめっき銅線の断面形状を例示する（図１中、１０ははんだめっき銅線を示し、１１は銅線を示し、１２は鉛フリーはんだめっき層を示す）。略長方形としては、例えば、長方形（図１（ａ））、角が丸められた長方形（図１（ｂ））、および二つの長辺が互いに平行な直線であり、その二つの短辺が外側に凸の曲線であるトラック形状（図１（ｃ））などが挙げられる。
銅線の厚さは、好ましくは０．１～０．５ｍｍ、より好ましくは０．１～０．３ｍｍであり、銅線の幅は、好ましくは０．５～５．０ｍｍ、より好ましくは１．０～３．０ｍｍである。ここで銅線の厚さとは、銅線断面における二つの長辺の間の距離をいい、銅線の幅とは、銅線断面における二つの短辺の間の距離をいう。なお、図１（ｃ）に示すように短辺が曲線である場合、銅線の幅は、二つの短辺の間の最長距離をいう。
［鉛フリーはんだめっき層］
鉛フリーはんだめっき層は、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金からなる。Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金は、好ましくは、０．５～５．０質量％のＡｇおよび０．３～３．０質量％のＣｕを含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物である。Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金のＡｇ含有量は、より好ましくは３．０質量％であり、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．５質量％である。
鉛フリーはんだめっき層は、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金からなる。Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金は、好ましくは、０．５～５．０質量％のＡｇおよび０．３～３．０質量％のＣｕを含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物である。Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金のＡｇ含有量は、より好ましくは３．０質量％であり、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．５質量％である。
鉛フリーはんだめっき層の厚さは、好ましくは５～５０μｍ、より好ましくは１０～４０μｍである。この厚さが薄すぎると、はんだめっき銅線をシリコンセル等に良好にはんだ付けすることができない。一方、この厚さが厚すぎると、はんだめっき銅線の耐力が増大する。なお、鉛フリーはんだめっき層の厚さは、後述する実施例に記載する方法によって測定することができる。
［金属間化合物］
銅線断面の長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面における金属間化合物の平均厚さは、０．０１０～５．０μｍ、好ましくは０．０５～３．０μｍである。この厚さが薄すぎると、銅線と鉛フリーはんだめっき層との良好な密着性を確保することができない。一方、この厚さが厚すぎると、はんだめっき銅線の耐力が増大する。なお、この金属間化合物の平均厚さは、二つある長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面それぞれにおいて、５箇所（はんだめっき銅線全体で合計１０箇所）で、金属間化合物の厚さを後述する実施例に記載する方法によって測定し、平均することによって求めることができる。なお、金属間化合物の平均厚さが０．０１０～５．０μｍであれば、銅線断面の長辺および短辺と鉛フリーはんだめっき層との界面のほぼ全面において、金属間化合物が存在する。
銅線断面の長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面における金属間化合物の平均厚さは、０．０１０～５．０μｍ、好ましくは０．０５～３．０μｍである。この厚さが薄すぎると、銅線と鉛フリーはんだめっき層との良好な密着性を確保することができない。一方、この厚さが厚すぎると、はんだめっき銅線の耐力が増大する。なお、この金属間化合物の平均厚さは、二つある長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面それぞれにおいて、５箇所（はんだめっき銅線全体で合計１０箇所）で、金属間化合物の厚さを後述する実施例に記載する方法によって測定し、平均することによって求めることができる。なお、金属間化合物の平均厚さが０．０１０～５．０μｍであれば、銅線断面の長辺および短辺と鉛フリーはんだめっき層との界面のほぼ全面において、金属間化合物が存在する。
金属間化合物の少なくとも一部が、Ｃｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5からなる二層の金属間化合物（以下「二層金属間化合物」と略称することがある）であることが好ましい。二層金属間化合物が存在することによって、はんだと銅線との密着性が良好となる。この二層金属間化合物は、銅線表面からＣｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5の順序で形成される。なお、二層金属間化合物の有無、即ち、Ｃｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5の区別は、後述する実施例に記載する方法によって判定することができる。
［はんだめっき銅線］
本発明のはんだめっき銅線は、低い耐力を示すため、太陽電池のインターコネクタとして有用である。本発明のはんだめっき銅線の０．２％耐力は、好ましくは４０～９０ＭＰａ、より好ましくは４０～６０ＭＰａである。本発明における「はんだめっき銅線の０．２％耐力」とは、０．２％の永久伸びを生じるときのはんだめっき銅線全体に加わる荷重を、銅線のみの断面積で除した値をいう。即ち、本発明における「はんだめっき銅線の０．２％耐力」の計算には、鉛フリーはんだめっき層の断面積は含めない。なお、はんだめっき銅線の０．２％耐力は、後述する実施例に記載する方法によって測定することができる。
本発明のはんだめっき銅線は、低い耐力を示すため、太陽電池のインターコネクタとして有用である。本発明のはんだめっき銅線の０．２％耐力は、好ましくは４０～９０ＭＰａ、より好ましくは４０～６０ＭＰａである。本発明における「はんだめっき銅線の０．２％耐力」とは、０．２％の永久伸びを生じるときのはんだめっき銅線全体に加わる荷重を、銅線のみの断面積で除した値をいう。即ち、本発明における「はんだめっき銅線の０．２％耐力」の計算には、鉛フリーはんだめっき層の断面積は含めない。なお、はんだめっき銅線の０．２％耐力は、後述する実施例に記載する方法によって測定することができる。
［はんだめっき銅線の製造方法］
次に、本発明のはんだめっき銅線を製造する方法について説明する。通常、はんだめっき銅線は、フラックス（例えば、アビエチン酸などのロジン成分材料；アミンおよびその塩；セバシン酸、アゼライン酸、コルク酸などの有機酸）を塗布することによって、銅線の酸化被膜を除去し、次いで酸化被膜を除去した銅線を溶融はんだに浸漬することによって製造される。しかし、酸化被膜の除去のためにフラックスを使用すると、溶融はんだへの銅線の突入温度をコントロールすることが困難となるため、金属間化合物の厚さを上記範囲内に調整することができない。
次に、本発明のはんだめっき銅線を製造する方法について説明する。通常、はんだめっき銅線は、フラックス（例えば、アビエチン酸などのロジン成分材料；アミンおよびその塩；セバシン酸、アゼライン酸、コルク酸などの有機酸）を塗布することによって、銅線の酸化被膜を除去し、次いで酸化被膜を除去した銅線を溶融はんだに浸漬することによって製造される。しかし、酸化被膜の除去のためにフラックスを使用すると、溶融はんだへの銅線の突入温度をコントロールすることが困難となるため、金属間化合物の厚さを上記範囲内に調整することができない。
また、はんだめっき銅線の製造方法として、フラックスを使用せずに、酸化被膜が付いたままの銅線を、溶融はんだに浸漬させる方法も知られている。しかし、このような製造方法でも、銅線表面の酸化被膜の厚さにバラツキが生じている可能性があるため、金属間化合物の厚さを上記範囲内に調整することができない。
本発明のはんだめっき銅線の製造方法では、金属間化合物の厚さを上記範囲内に調整するために、溶融はんだに銅線を浸漬させる前に、銅線表面の酸化被膜を還元ガスによって除去することが必要である。具体的には、還元ガスを導入した焼鈍炉内に銅線を通過させることによって、銅線を軟化させると共に、銅線表面の酸化被膜を除去した後、該銅線を溶融はんだに浸漬することによって、本発明のはんだめっき銅線を製造することができる。以下、図２を参照しながら、製造方法を説明する。
図２は、はんだめっき銅線１０を製造するためのはんだめっき銅線の製造装置２０の概略図である。はんだめっき銅線の製造装置２０は、銅線供給部２１、洗浄槽２２、焼鈍炉２３、はんだめっき槽２４および銅線回収部２５を備えている。
銅線供給部２１は、平角銅線１１が巻かれたボビンＢが取り付けられるように構成されている。この銅線供給部２１において、ボビンＢから平角銅線１１が引き出される。平角銅線１１の送り速度は、例えば、２～５０ｍ／ｍｉｎである。また、銅線供給部２１には、断面円形の銅線（丸線）が巻かれていても良く、その場合は、当該丸線を、図示しない圧延機によって、上下（または左右）方向から、冷間加工してから、次の工程に進めてもよい。
洗浄槽２２は、長尺に形成されており、槽内に洗浄液が貯留されている。この洗浄槽２２において、銅線供給部２１からの平角銅線１１が洗浄液に浸漬し、その中を通過することによって表面の油分等が洗浄除去された後、引き上げられて焼鈍炉２３に送り出される。平角銅線１１の洗浄液への浸漬長さは、例えば０．５～５ｍである。洗浄液としては、例えば、水（温水）および有機溶剤等が挙げられる。洗浄液が水である場合、その温度は、例えば１０～６０℃である。洗浄液には、洗剤を含めてもよい。また、洗浄槽を用いずに、洗浄液を平角銅線１１に流しかけて、表面の油分等を洗浄除去してもよい。
焼鈍炉２３は、長尺箱形の炉本体２３ａに銅線挿通管２３ｂが長さ方向に挿通された構成を有する。ヒータは炉本体２３ａ内部に設けられている。焼鈍炉２３は、待機時の水平位置と加工時の傾斜位置との間で傾動可能であり、傾斜位置に位置付けられると、炉本体２３ａの下流側に突出した銅線挿通管２３ｂの先端部分が後述のはんだめっき槽２４内の溶融はんだＭに浸かるように構成されていることが好ましい。即ち、焼鈍炉２３の下流端の銅線出口は、はんだめっき槽２４内の溶融はんだＭ中に位置付けられるように構成されていることが好ましい。
炉本体２３ａの下流側に突出した銅線挿通管２３ｂには、還元ガス供給管２６が接続されており、焼鈍炉２３内を還元ガスが下流側から上流側に流れるように構成されていることが好ましい。ここで、「焼鈍炉２３内を還元ガスが下流側から上流側に流れる」とは、還元ガスの流れる方向と平角銅線の移動方向とが逆であることを意味する。このような構成によって、還元ガスによる酸化被膜の除去が効率よく行われる。洗浄槽２２からの平角銅線１１が、高温の還元ガス雰囲気の焼鈍炉２３に導入されることによって、焼き鈍されると共に、表面が還元ガスによって還元されて酸化被膜が除去される。
焼鈍炉２３における平角銅線１１の加熱長さは、例えば０．５～５ｍである。銅線挿通管２３ｂの内径は、例えば５～３０ｍｍである。焼鈍炉内の温度は、有効に平角銅線１１を軟化させるために、３００～９００℃であることが好ましく、５００～８００℃であることがより好ましい。ここで「焼鈍炉内の温度」とは、焼鈍炉内（銅線挿通管外側）に設置した熱電対によって測定した温度である。炉内温度の均一化を図るために複数個の熱電対を設置することが望ましい（例えば、長手方向の異なる３箇所に設置）。
還元ガスとしては、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス等が挙げられる。これらの中で、作業環境性の観点から水素ガスが好ましい。また、焼鈍炉２３には、還元ガスを不活性ガスで希釈して導入することが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。これらの中で、汎用性の観点から窒素ガスが好ましい。焼鈍炉２３に導入するガスに含まれる還元ガスの濃度は、１０～８０体積％であることが好ましく、経済的観点から２０～５０体積％であることがより好ましい。焼鈍炉２３内に供給するガスの流量は、例えば２～３Ｌ／ｍｉｎである。
はんだめっき槽２４は、槽内に溶融はんだＭが貯留されている。このはんだめっき槽２４において、焼鈍炉２３からの平角銅線１１が、溶融はんだＭに浸漬される。なお、溶融はんだＭの組成は、上述した鉛フリーはんだめっき層の組成と同じである。
溶融はんだＭに突入させる際の平角銅線１１の温度は、１００～７００℃であることが必要であり、１５０～５００℃であることが好ましい。ここで「溶融はんだに突入させる際の平角銅線の温度」とは、上流側から銅線挿入管に挿入した熱電対によって測定した温度である。この測定用熱電対は、製造条件設定時のみに、銅線挿入管に挿入して使用されるものであり、製造時は通常挿入されない。この温度が低すぎると、金属間化合物の平均厚さが小さくなり、一方、この温度が高すぎると、金属間化合物の平均厚さが大きくなる。
溶融はんだＭの温度は、２４０～３３０℃であることが必要であり、２５０～３１０℃であることが好ましい。ここで「溶融はんだの温度」は、はんだめっき槽内に設置された熱電対によって測定した温度である。測定のばらつきを防ぐために、複数個の熱電対を設置することが好ましい（例えば、異なる２箇所に設置）。溶融はんだＭの温度が低すぎると、金属間化合物の平均厚さが小さくなり、一方、この温度が高すぎると、金属間化合物の平均厚さが大きくなる。また、溶融はんだＭへの平角銅線１１の浸漬時間は、０．０１～１０分であることが必要であり、０．０５～１分であることが好ましい。この浸漬時間が短すぎると、金属間化合物の平均厚さが小さくなり、一方、この浸漬時間が長すぎると、金属間化合物の平均厚さが大きくなる。
溶融はんだで被覆された平角銅線１１が、はんだめっき槽２４内に設けられたターンロール２７に巻き掛けられた後、溶融はんだＭの外部に出て、はんだめっき槽２４の上方に設けられた引き上げロール２８に巻き掛けられるまでの間で空冷される。こうして、鉛フリーはんだめっき層１２が形成されたはんだめっき銅線１０が製造される。
はんだめっき槽２４の上方には、はんだめっき槽２４から引き上げられた平角銅線１１を冷却する冷却器が設けられていてもよい。また、はんだめっき槽２４から引き上げられた平角銅線１１に形成する鉛フリーはんだめっき層１２の厚さを調整するダイスが設けられていてもよい。また、平角銅線１１に付着したはんだが自重で下方に落ちて鉛フリーはんだめっき層１２の厚さの調整が図られるように、はんだめっき槽２４から引き上げられた平角銅線１１が垂直に上方に延びるように、引き上げロール２８が設けられた構成であってもよい。
銅線回収部２５には、回転するボビンＢが取り付けられている。この銅線回収部２５において、はんだめっき槽２４から引き上げロール２８を経由するはんだめっき銅線１０が、ボビンＢに巻き取られて回収される。
なお、はんだめっき銅線の製造装置２０には、各部間にガイドロールＲが設けられており、それによって平角銅線１１またははんだめっき銅線１０を案内するように構成されている。また、はんだめっき銅線の製造装置２０は、高い生産性を達成するために、複数のはんだめっき銅線１０を同時に製造するように構成されていることが好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
［はんだめっき銅線の製造］
発明を実施するための形態欄および図２に記載する方法で、溶融はんだ温度および溶融はんだへの銅線の浸漬時間を表１に記載するように調整して、はんだめっき銅線を製造した。なお、下記実施例および比較例のはんだめっき銅線の製造では、焼鈍炉内の温度は８００℃であり、溶融はんだに突入させる際の平角銅線の温度は４００℃であった。
発明を実施するための形態欄および図２に記載する方法で、溶融はんだ温度および溶融はんだへの銅線の浸漬時間を表１に記載するように調整して、はんだめっき銅線を製造した。なお、下記実施例および比較例のはんだめっき銅線の製造では、焼鈍炉内の温度は８００℃であり、溶融はんだに突入させる際の平角銅線の温度は４００℃であった。
銅線は、無酸素銅の丸線を圧延機にて平角線に成形したものを使用した。マイクロメータを用いて、平角銅線の寸法を測定したところ、厚さ２００μｍ、幅２０００μｍであった。また、３質量％のＡｇ、０．５質量％のＣｕ、残部がＳｎおよび不可避不純物である鉛フリーはんだを使用した。
［測定および評価方法］
以下のようにして、鉛フリーはんだめっき層の厚さ、金属間化合物の平均厚さおよび二層金属間化合物の有無、並びにはんだめっき銅線の０．２％耐力および鉛フリーはんだめっき層の密着性を測定した。これらの結果を表１に示す。
以下のようにして、鉛フリーはんだめっき層の厚さ、金属間化合物の平均厚さおよび二層金属間化合物の有無、並びにはんだめっき銅線の０．２％耐力および鉛フリーはんだめっき層の密着性を測定した。これらの結果を表１に示す。
（１）鉛フリーはんだめっき層の厚さ（表１にて「めっき層厚さ」と記載）
はんだめっき銅線を樹脂に埋めて、軸線方向に対して略垂直となる横断面を鏡面研磨し、その研磨面を光学顕微鏡で、１００倍にて観察した。銅線の幅の中心のめっき厚さ（上下２箇所）を測定し、これらを平均して、鉛フリーはんだめっき層の厚さを求めた。
はんだめっき銅線を樹脂に埋めて、軸線方向に対して略垂直となる横断面を鏡面研磨し、その研磨面を光学顕微鏡で、１００倍にて観察した。銅線の幅の中心のめっき厚さ（上下２箇所）を測定し、これらを平均して、鉛フリーはんだめっき層の厚さを求めた。
（２）金属間化合物の平均厚さおよび二層金属間化合物の有無
はんだめっき銅線を樹脂に埋めて、軸線方向に対して略垂直となる横断面を鏡面研磨し、その研磨面を走査型電子顕微鏡で、５００００倍にて観察した。ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物であるか否かは、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナリシス）にて組成を調べることによって確認した。金属間化合物の厚さを、この観察箇所にて観察される銅線と鉛フリーはんだめっき層との各界面において、幅の中心に均等間隔で５点ずつ（両界面（上下面）で合計１０点）で測定し、これらを平均して、金属間化合物の平均厚さを求めた。
はんだめっき銅線を樹脂に埋めて、軸線方向に対して略垂直となる横断面を鏡面研磨し、その研磨面を走査型電子顕微鏡で、５００００倍にて観察した。ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物であるか否かは、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナリシス）にて組成を調べることによって確認した。金属間化合物の厚さを、この観察箇所にて観察される銅線と鉛フリーはんだめっき層との各界面において、幅の中心に均等間隔で５点ずつ（両界面（上下面）で合計１０点）で測定し、これらを平均して、金属間化合物の平均厚さを求めた。
さらに、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物が、Ｃｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5からなる二層の金属間化合物であるか否かを、ＥＰＭＡにて確認した。これらの結果を、観察箇所の１０点において金属間化合物の全部が二層金属間化合物である場合を○、前記１０点のうち１点でも金属間化合物が二層金属間化合物でない場合を△として、表１に記載する。
（３）はんだめっき銅線の０．２％耐力（表１にて「０．２％耐力」と記載）
ＪＩＳ Ｚ２２４１ ８－ｄ）－１）オフセット法により、０．２％耐力を求めた。但し、０．２％耐力の算出には、はんだめっき銅線の断面積ではなく、平角銅線の断面積を用いた。測定された０．２％耐力が９０ＭＰａ以下である場合を良好（○）と判定し、０．２％耐力が９０ＭＰａを超える場合を不良（×）と判定した。
ＪＩＳ Ｚ２２４１ ８－ｄ）－１）オフセット法により、０．２％耐力を求めた。但し、０．２％耐力の算出には、はんだめっき銅線の断面積ではなく、平角銅線の断面積を用いた。測定された０．２％耐力が９０ＭＰａ以下である場合を良好（○）と判定し、０．２％耐力が９０ＭＰａを超える場合を不良（×）と判定した。
（４）鉛フリーはんだめっき層の密着性（表１にて「めっき密着性」と記載）
はんだめっき銅線を用いて１８０°密着曲げ試験を行い、曲げ部に鉛フリーはんだめっき層の割れおよび剥がれの有無を観察し、割れおよび剥がれが無い場合を良好（○）と判定し、割れおよび剥がれの一方または両方が有る場合を不良（×）と判定した。
はんだめっき銅線を用いて１８０°密着曲げ試験を行い、曲げ部に鉛フリーはんだめっき層の割れおよび剥がれの有無を観察し、割れおよび剥がれが無い場合を良好（○）と判定し、割れおよび剥がれの一方または両方が有る場合を不良（×）と判定した。
本発明のはんだめっき銅線は、太陽電池のインターコネクタなどとして有用である。
本願は、日本に出願された特願２０１１－３０１９３号を基礎としており、その内容は本明細書に全て包含される。
１０ はんだめっき銅線
１１ 平角銅線
１２ 鉛フリーはんだめっき層
２０ はんだめっき銅線の製造装置
２１ 銅線供給部
２２ 洗浄槽
２３ 焼鈍炉
２３ａ 炉本体
２３ｂ 銅線挿通管
２４ はんだめっき槽
２５ 銅線回収部
２６ 還元ガス供給管
２７ ターンロール
２８ 引き上げロール
Ｂ ボビン
Ｒ ガイドロール
Ｍ 溶融はんだ
１１ 平角銅線
１２ 鉛フリーはんだめっき層
２０ はんだめっき銅線の製造装置
２１ 銅線供給部
２２ 洗浄槽
２３ 焼鈍炉
２３ａ 炉本体
２３ｂ 銅線挿通管
２４ はんだめっき槽
２５ 銅線回収部
２６ 還元ガス供給管
２７ ターンロール
２８ 引き上げロール
Ｂ ボビン
Ｒ ガイドロール
Ｍ 溶融はんだ
Claims (8)
- 銅線が鉛フリーはんだめっき層で被覆されたはんだめっき銅線であって、
銅線が、銅および不可避不純物からなり、且つその断面が、長辺と短辺とを有する略長方形であり、
鉛フリーはんだめっき層が、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系合金からなり、
銅線と鉛フリーはんだめっき層との界面において、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物が存在し、
銅線断面の長辺と鉛フリーはんだめっき層との界面における、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の平均厚さが、０．０１０～５．０μｍであることを特徴とするはんだめっき銅線。 - ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物の少なくとも一部が、Ｃｕ3ＳｎおよびＣｕ6Ｓｎ5からなる二層の金属間化合物である請求項１に記載のはんだめっき銅線。
- 太陽電池のインターコネクタとして用いられる請求項１または２に記載のはんだめっき銅線。
- 平角銅線を、還元ガスを導入した焼鈍炉内に通過させた後、溶融はんだに突入させて、浸漬し、引き上げることを含み、
焼鈍炉内の温度が３００～９００℃であり、焼鈍炉の下流端の銅線出口が溶融はんだ中にあることを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだめっき銅線の製造方法。 - 還元ガスを焼鈍炉の下流側から上流側に流す、請求項４に記載の製造方法。
- 不活性ガスで希釈した還元ガスを焼鈍炉内に流す、請求項４または５に記載の製造方法。
- 溶融はんだに突入させる際の平角銅線の温度が、１００～７００℃である請求項４～６のいずれか一項に記載の製造方法。
- 溶融はんだの温度が２４０～３３０℃であり、溶融はんだへの平角銅線の浸漬時間が０．０１～１０分である、請求項４～７のいずれか一項に記載の製造方法。
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