(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬によって予備メッキを端子に施すための端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金であって、
Ｃｕが４質量％以上６質量％以下、Ｎｉが０．１質量％超０．２質量％以下、Ｇａが０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｐが０．００４質量％以上０．０３質量％以下、ＧａとＰの合計が０．０５質量％以下、残部がＳｎからなり、
４００℃での加熱により溶融状態にある前記鉛フリーはんだ合金から円周が４ｃｍの白金環を引き上げる際の前記鉛フリーはんだ合金の張力が２００ｄｙｎ／ｃｍ以下である
ことを特徴とする端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金。
【請求項２】
端子予備メッキ時の温度が３８０℃以上の端子予備メッキ用に使用される
ことを特徴とする請求項１に記載の端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金を使用してメッキされた
ことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーはんだ合金、特にコイルの端部のはんだ付けや予備メッキするのに適した端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金及び電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器にはトランスのようにリード部分に銅細線が巻かれたコイル部品が使われ、またコンピューターのディスクドライブや冷却ファン等のモーターにはやはりコイルを巻いた部品が使われている。これらのコイルは導通をとるため、端子部が電子機器やモーターの端子とはんだ付けされる。
【０００３】
一般にコイル部品の銅線は、表面にエナメルが塗装され、さらにその上にポリウレタン樹脂が被覆されているため、このままではコイル端子部と端子とは、はんだ付けができない。そこではんだ付けするときには、コイル端子部のエナメルやポリウレタン樹脂（以下、被覆材という）を除去しなければならない。この被覆材の除去は、機械的に刃物で剥がすことも考えられるが、機械的除去は手間がかかって生産性が悪い。そこでコイル端子部の被覆材の除去は、被覆材を熱で溶かして除去する方法が採られている。被覆材を熱で除去する方法とは、溶融はんだ中にコイル端子部を浸漬することにより、溶融はんだの熱で被覆材を溶かして除去するものである。
【０００４】
ところでコイル端子部を端子にはんだ付けするときは、良好なはんだ付け部を得るために、コイル端部に予め予備メッキを施しておく。一般にコイル端子部の予備メッキは、溶融はんだ中にコイル端子部を浸漬することにより行うが、前述の被覆材の除去でもコイル端子部を溶融はんだに浸漬することから、この溶融はんだへのコイル端子部の浸漬は、被覆材の除去と同時に予備メッキを行うという合理的な作業ができることになる。
【０００５】
コイル端子部の被覆材の除去と予備メッキは、コイル端子部にフラックスを塗布し、その後、該端子部を溶融はんだ中に浸漬する。すると溶融はんだの熱により被覆材が溶け、またコイル端子部に塗布したフラックスが浸漬したコイル端子部の周囲に浮く。従って、被覆材が除去され、銅線が露出したところにフラックスが作用して、溶融はんだが銅線に金属的に接合する。
【０００６】
コイル端子部の予備メッキとして、従来はＰｂ−Ｓｎはんだを使用していたが、Ｐｂ−ＳｎはんだはＰｂ公害のため使用が規制されるようになってきたことから、近年はＰｂを含まない鉛フリーはんだを使用するようになってきた。コイル端子部のはんだ付けの場合、被覆材を溶解、除去するため溶融はんだの温度が４００℃近傍となるように加熱して、はんだ付け温度が４００℃近傍となるようにしなければならない。しかし、鉛フリーはんだにおいてはんだ付け温度を高くすると、溶融はんだ表面の酸化が進行して大量の酸化物が発生する。該酸化物の大量発生は、はんだ付け部に付着する量も多くなって製品の外観特性を低下させるとともに、濡れ性が低下して、良好なはんだ付け部が得られない。
【０００７】
Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系の鉛フリーはんだ合金として、ＰまたはＧａを添加する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
ＰまたはＧａの添加により酸化抑制効果があることが知られており、鉛フリー合金の酸化物抑制対策としては、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系のはんだ合金にＰとＧａを添加することで、溶融したはんだ表面の耐酸化性を向上させた技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
また、Ｓｎを主成分としたはんだ合金に対して、Ｇａを添加したものに、ＰまたはＧｅ、あるいは、Ｐ及びＧｅを添加することで、４００℃近傍での耐酸化抑制効果を得られるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献３、４参照）。
【００１０】
更に、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系のはんだ合金にＰまたはＧｅを添加することで、酸化膜の形成を抑制できるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１１】
また、Ｓｎを主成分とする溶融はんだ中に添加される鉛フリー添加合金として、Ｇａを添加することで、はんだ表面の外観性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０８２４５９号公報（実施例）
【特許文献２】ＣＮ１０３４０６６８７Ａ号公報（表１、表３、段落００７１、００７２）
【特許文献３】特開２００８−２２１３４１号公報（表１、段落００２２）
【特許文献４】特開２００４−１８１４８５号公報（表１、段落００２５）
【特許文献５】特開２００１−３３４３８４号公報（発明の効果の欄）
【特許文献６】特開平１１−３３３５８９号公報（段落００１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
コイル等の端子部にはんだによる予備めっきを行う場合、端子部を溶融はんだ中から引き上げたときに端子部の間がはんだで繋がるブリッジと称する事象の発生やつららの発生を抑制する必要がある。特に、被覆材の除去のためはんだ付け温度を４００℃近傍とする場合において、切れ性の良いはんだ合金が求められる。しかし、特許文献１〜６には、はんだ付け温度を４００℃近傍とする場合において、はんだの切れ性を向上させることを目的として、ＰまたはＧａ，あるいは、Ｐ及びＧａを添加する技術についての記載はなく、ＰまたはＧａ，あるいは、Ｐ及びＧａの添加でブリッジ及びつららの発生を抑制するという効果の記載はない。
【００１４】
そこで、本発明は、はんだ付け温度が４００℃近傍である使用条件において、切れ性を向上させた端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金及び電子部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、Ｓｎを主成分とし、はんだ付け温度を４００℃近傍とするためＣｕ、Ｎｉの添加量を設定したＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系の鉛フリーはんだ合金において、所定の量のＧａとＰを添加することで、はんだ付け温度が４００℃近傍であっても、切れ性が向上することを知見して本発明を完成させた。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、浸漬によって予備メッキを端子に施すための端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金であって、Ｃｕが４質量％以上６質量％以下、Ｎｉが０．１質量％超０．２質量％以下、Ｇａが０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｐが０．００４質量％以上０．０３質量％以下、ＧａとＰの合計が０．０５質量％以下、残部がＳｎからなり、４００℃での加熱により溶融状態にある鉛フリーはんだ合金から円周が４ｃｍの白金環を引き上げる際の鉛フリーはんだ合金の張力が２００ｄｙｎ／ｃｍ以下である端子予備メッキ用鉛フリーはんだ合金である。
【発明の効果】
【００１７】
Ｓｎを主成分とし、Ｃｕを４質量％以上６質量％以下、Ｎｉを０．１質量％超０．２質量％以下で含むことで、はんだ付け温度を４００℃近傍とすることに適した組成であって、Ｇａが０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｐが０．００４質量％以上０．０３質量％以下、ＧａとＰの合計が０．０５質量％以下、４００℃での加熱により溶融状態にある鉛フリーはんだ合金から円周が４ｃｍの白金環を引き上げる際の鉛フリーはんだ合金の張力が２００ｄｙｎ／ｃｍ以下とすることで、端子予備メッキ時の温度が４００℃近傍であっても、コイルの端子部等予備メッキの処理対象物を溶融はんだ中から引き上げるときの切れ性が向上する。本発明の端子用鉛フリーはんだ合金を使用して、端子部を溶融させたはんだ中に浸漬して引き上げることで端子部がはんだめっきされた電子部品では、端子予備メッキ時のはんだの切れ性が向上し、ブリッジやつららの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態の電子部品の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
Ｓｎを主成分としたはんだ合金において、所定量のＧａとＰを添加すると、はんだ表面の溶融粘度が低くなり、はんだ付けの処理対象物、例えば、コイルの端子部を溶融はんだから引き上げるときのはんだの張力が低下する。これにより、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、ブリッジやつららの発生を抑制することができる。
【００２０】
ＧａとＰの添加量が少ないと、端子部を溶融はんだから引き上げるときのはんだの張力が高く、切れ性を向上させる効果が十分には得られない。上述したように、溶融はんだにコイル端子部を浸漬することにより、コイルの被覆材であるエナメルやポリウレタン樹脂を除去する場合、溶融はんだの温度が４００℃近傍となるように加熱して、はんだ付け温度が４００℃近傍となるようにする必要がある。
【００２１】
溶融はんだにはんだ付けの処理対象物を浸漬してはんだ付けする場合の温度は、処理対象物の端子部や、端子部を有したコイル等の部品の熱容量にもよるが、はんだの融点＋２０〜５０℃で行うのが一般的である。しかしながら、はんだ付け温度が４７０℃以上になると、コイルの端子部を溶融はんだに浸漬したときに被覆材が瞬時に炭化して端子部に付着し、これがはんだの金属的接合を妨げるようになる。そこで端子部の予備メッキに使用するはんだ合金は、はんだ付け温度が４７０℃以下となるように、はんだの融点が４２０℃以下のはんだ合金が望ましい。また、はんだ付け温度が４７０℃以上になると、銅食われが激しくなってしまう。
【００２２】
しかし、Ｇａ及びＰの添加量が必要以上に増えるとはんだの融点が高くなり、４００℃近傍ではんだ付けするという用途に適さなくなる。
【００２３】
Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰのどちらか一方のみを添加すれば、酸化抑制効果は得られるが、切れ性を向上させる効果が十分には得られない。
【００２４】
Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰの両方を添加する場合において、Ｇａの添加量について考察すると、Ｇａの添加量が０．０１質量％未満であると、切れ性を向上させる効果が十分には得られない。一方、Ｇａの添加量が０．０４質量％を超えると、はんだの融点が高くなり、４００℃近傍ではんだ付けするという用途に適さなくなる。
【００２５】
Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰの両方を添加する場合において、Ｐの添加量について考察すると、Ｐの添加量が０．００４質量％未満であると、切れ性を向上させる効果が十分には得られない。一方、Ｐの添加量が０．０３質量％を超えると、はんだの融点が高くなり、４００℃近傍ではんだ付けするという用途に適さなくなる。
【００２６】
但し、ＧａとＰをそれぞれ上限値近くまで添加してしまうと、やはりはんだの融点が高くなり、４００℃近傍ではんだ付けするという用途に適さなくなる。
【００２７】
そこで、ＧａとＰの添加量の合計が０．０５質量％以下となる範囲で、Ｇａを０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｐを０．００４質量％以上０．０３質量％以下で添加する。
【００２８】
Ｓｎを主成分としたはんだ合金において、銅食われ防止効果のあるＣｕの添加量が４質量％よりも少ないと銅食われ防止の効果が現れない。一方、Ｃｕの添加量が６質量％を超えると、はんだの融点が高くなる。
【００２９】
また、Ｓｎを主成分とし、Ｃｕの添加量が４〜６質量％の上述したはんだ合金にＮｉを添加することで、４００℃近傍でのはんだ付けにおける銅食われ防止効果が更に向上する。但し、Ｎｉの添加量が０．１質量％よりも少ないと、銅食われ防止の効果が向上しない。一方、Ｎｉの添加量が０．２質量％を超えると、はんだの融点が高くなる。
【００３０】
Ｓｎを主成分としたはんだ合金において、Ａｇを添加することで濡れ性が向上することが知られている。しかし、高価なＡｇの添加は製品コストの上昇につながり好ましいものではない。そして、本発明では、Ａｇを添加せずとも、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上する。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例と比較例を表１に示す。なお、表１において各元素の添加量は質量％である。
【００３２】
【表１】
0005842973.tif 000002
【００３３】
表１におけるはんだ切れ性評価は、溶融はんだから試料を引き上げる際の張力を評価した。張力の測定方法は、デュヌイの表面張力計を用いた輪環法を採用した。実施例及び比較例に示す組成とした各はんだ材をはんだ槽を用いて４００℃にて溶融させた後、溶融したはんだ表面を掻きとり、５分静止した後、あらかじめＩＰＡで脱脂した円周が４ｃｍの白金環（試料）を浸漬させ、引き上げる際の張力を測定した（単位：ｄｙｎ／ｃｍ）。各はんだ組成に対し、それぞれ１０回試験した後、その平均値を張力として算出した。
【００３４】
つらら及びブリッジの評価は、実施例及び比較例の各はんだ材を４００℃にて溶融させた後、溶融したはんだ表面を掻き取り、予めはんだ付け部にフラックスを塗布したコイルの端子部を浸漬させ、引き上げた際のつらら及びブリッジの発生数により評価した。コイルの端子部は片側４端子、ピッチが２ｍｍのＣｕ線コイルを用いており、フラックスはロジン系ポストフラックス（千住金属製：ＳＲ−２０９）を使用した。コイルは計２０個用いて、つらら及びブリッジの発生合計数を計測した。浸漬条件は浸漬速度１０ｍｍ／ｓｅｃ、浸漬深さ４ｍｍ、引上げ速度１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００３５】
はんだ切れ性において張力が２００ｄｙｎ／ｃｍ以下、かつ、つらら及びブリッジの発生合計数が５以下であれば、評価結果は○とした。また、はんだ切れ性において張力が２００ｄｙｎ／ｃｍを超えており、かつ、つらら及びブリッジの発生合計数が５を超えるものについては、評価結果を×とした。
【００３６】
表１の各実施例に示すように、Ｓｎを主成分とし、Ｃｕを４質量％以上６質量％以下、Ｎｉを０．１質量％以上０．２質量％以下で含むはんだ合金において、ＧａとＰの添加量の合計が０．０５質量％以下となる範囲で、Ｇａを０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｐを０．００４質量％以上０．０３質量％以下で添加することで、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、つらら及びブリッジの発生が抑制されることが判る。
【００３７】
例えば、ＧａとＰの添加量の合計が０．０５質量％以下となる範囲で、Ｇａを下限値以上かつ上限値以下の値である０．０２質量％、Ｐを下限値以上かつ上限値以下の値である０．０１５質量％で添加した実施例１では、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、つらら及びブリッジの発生が抑制されることが判る。
【００３８】
また、Ｐの添加量を上限値の０．０３質量％とし、ＧａとＰの添加量の合計が０．０５質量％以下となるようにＧａの添加量を０．０２質量％とした実施例２、Ｇａの添加量を上限値の０．０４質量％とし、ＧａとＰの添加量の合計が０．０５質量％以下となるようにＰの添加量を０．００４質量％とした実施例３であっても、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、つらら及びブリッジの発生が抑制されることが判る。
【００３９】
更に、Ｐの添加量を下限値の０．００４質量％とした実施例４では、Ｇａを上限値より低い０．０２質量％程度添加すれば、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、つらら及びブリッジの発生が抑制されることが判る。
【００４０】
また、Ｇａの添加量を下限値の０．０１質量％とした実施例５では、Ｐを上限値より低い０．０１５質量％程度添加すれば、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、つらら及びブリッジの発生が抑制されることが判る。
【００４１】
更に、Ｐの添加量を下限値の０．００４質量％とし、Ｇａの添加量を下限値の０．０１質量％とした実施例６でも、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が向上し、つらら及びブリッジの発生が抑制されることが判る。
【００４２】
また、ＧａとＰの添加量を実施例１と同じ値とし、Ｃｕの添加量を上限値とした実施例７、Ｃｕの添加量を下限値とした実施例８でも、ＧａとＰの添加による切れ性に影響を及ぼすことがないことが判る。
【００４３】
また、ＧａとＰの添加量を実施例１と同じ値とし、Ｎｉの添加量を上限値とした実施例９、Ｃｕの添加量を下限値とした実施例１０でも、ＧａとＰの添加による切れ性に影響を及ぼすことがないことが判る。
【００４４】
これに対し、Ｓｎを主成分とし、Ｃｕを４質量％以上６質量％以下、Ｎｉを０．１質量％以上０．２質量％以下で含むはんだ合金であっても、Ｇａ及びＰを含まない比較例１では、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が悪く、つらら及びブリッジの発生を抑制できないことが判る。
【００４５】
また、Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰのどちらか一方を添加した比較例２及び比較例３でも、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が悪く、つらら及びブリッジの発生を抑制できないことが判る。
【００４６】
更に、Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰの両方を添加した組成でも、Ｐの添加量が上限値を超えた比較例４、及び、Ｇａの添加量が上限値を超えた比較例５では、融点が実施例１の融点から＋２０℃を超えており、４００℃近傍での十分なはんだ付け性が得られないため、はんだ切れ性と、つらら及びブリッジの評価を行わなかった。
【００４７】
また、Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰの両方を添加した組成でも、Ｐの添加量が下限値未満の比較例６、Ｇａの添加量が下限値未満の比較例７、及び、ＧａとＰの添加量が共に下限値未満の比較例８では、端子部を溶融はんだ中から引き上げるときのはんだの切れ性が悪く、つらら及びブリッジの発生を抑制できないことが判る。
【００４８】
更に、Ｓｎを主成分としたはんだ合金に、ＧａとＰの両方を添加した組成でも、ＧａとＰの添加量の合計が上限値を超えた比較例９では、融点が実施例１の融点から＋２０℃を超えており、４００℃近傍での十分なはんだ付け性が得られないため、はんだ切れ性と、つらら及びブリッジの評価を行わなかった。
【００４９】
また、ＧａとＰの添加量を実施例１と同じ値としても、Ｃｕの添加量が上限値を超えた比較例１０、Ｎｉの添加量が上限値を超えた比較例１１では、融点が実施例１の融点から＋２０℃を超えており、４００℃近傍での十分なはんだ付け性が得られないため、はんだ切れ性と、つらら及びブリッジの評価を行わなかった。
【００５０】
以上の結果から、図１に示すように、本発明に係る端子用鉛フリーはんだ合金を使用して、端子部１０を４００℃近傍で溶融させたはんだ中に浸漬して引き上げることで端子部１０がはんだめっき１１された電子部品１２では、溶融はんだの熱で被覆材を溶かして除去することができるとともに、４００℃近傍でのはんだ付け時のはんだの切れ性が向上し、ブリッジやつららの発生が抑制されることが判った。
【００５１】
なお本願における、はんだ付け時の温度である４００℃近傍とは、３８０〜４７０℃の温度域を指す。これは、被覆材を除去するためには溶融したはんだの温度が３８０℃以上ではんだ付けをする必要があり、一方、被覆材の炭化を防止するためには溶融したはんだの温度が４７０℃以下ではんだ付けをする必要があるためである。また、はんだ付け温度が４７０℃以下となるように、はんだの融点が４２０℃以下のはんだ合金が望ましい。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・端子部、１１・・・はんだめっき。１２・・・電子部品
【要約】
【課題】端子部を溶融はんだ中から引き上げるときの切れ性を向上させた端子用鉛フリーはんだ合金を提供する。
【解決手段】Ｃｕが４質量％以上６質量％以下、Ｎｉが０．１質量％以上０．２質量％以下、Ｇａが０．０１質量％以上０．０４質量％以下、Ｐが０．００４質量％以上０．０３質量％以下、ＧａとＰの合計が０．０５質量％以下、残部がＳｎからなる端子用鉛フリーはんだ合金である。
【選択図】なし【図１】
0005842973.tif 000003