(57)【要約】【課題】ウィスカの発生要因が形成される溶接過程で発生・成長を遮断することに加え、後処理によって、さらなるウィスカの発生を防止することができるコンデンサ用リード端子の溶接方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】スズを主体とした鉛を含有しない金属メッキが施されたリード線とアルミニウムタブとを溶接するコンデンサ用リード端子の溶接方法であって、溶接シールドガスとして少なくとも不活性ガスを用いた溶接の後処理として、前記コンデンサ用リード端子に超音波を照射する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スズを主体とした金属メッキが施されたリード線とアルミニウムタブとを溶接するコンデンサ用リード端子の溶接方法であって、溶接シールドガスとして不活性ガスを用いた溶接の後処理として、前記コンデンサ用リード端子に超音波を照射することを特徴とするコンデンサ用リード端子の溶接方法。
【請求項２】
前記溶接シールドガスとして、不活性ガスと活性ガスとの混合ガスを用いたことを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ用リード端子の溶接方法。
【請求項３】
前記コンデンサ用リード端子に、溶液中で超音波を溶接後のウィスカが出現するまでの潜伏期間中に照射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ用リード端子の溶接方法。
【請求項４】
前記溶液として、グリセリン溶液を用いたことを特徴とする請求項３に記載のコンデンサ用リード端子の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スズを主体とする金属メッキされたリード線（ＣＰ線）とアルミニウム等からなる線材、特にコンデンサ用リード端子の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンデンサ用リード端子の溶接方法は、アルミニウム等からなる線材とリード線（ＣＰ線）、即ち鉄、銅等をベースにした線材の表面に極めて高純度のスズでメッキが施されたものをアークスタッド溶接法等で接合する方法がある。
ところが、この方法では、溶接ビード表面にスズのウィスカが発生するという問題がある。
当該ウィスカは、溶接直後に認められなくても時間経過と共に発生・成長するために回路基板に実装した時に接触して短絡を引き起こす心配があり、この予見が重要となっている。
このような背景から、電子情報産業技術協会（JEITA）では、電子デバイスのウィスカ試験方法の標準化を行い、ＪＩＳ原案の作成および国際電子技術委員会（IEC）国際提案が計画されている。
【０００３】
これまで、電解コンデンサ製作の後工程のハンダ付け特性向上の目的で鉛を含有するスズメッキが施されたリード線が使用され、この場合はウィスカが発生しないことが知られている。しかし、昨今、地球環境問題に対する関心が高まる中、特に鉛の使用削減に対する要求が高くなってきている。
このような背景から鉛を含有しないスズメッキを施したリード線（ＣＰ線）の使用が急務になっているが、上述のウィスカの発生を完全に防止できる方法は未だ開示されていない。
【０００４】
そこで、従来からウィスカの発生を抑制する方法として、ビスマス等の金属を含有したスズメッキを施したリード線を使用する方法（特許文献１を参照）、溶接前処理としてアルカリ性の洗浄液でリード線を洗浄・乾燥後に加熱する方法（特許文献２を参照）、溶接後処理として酸素雰囲気内で加熱する方法と溶接終了後数ミリ秒〜１秒内に珪酸塩やホウ酸塩等を無機酸塩が含まれた加熱水溶液に浸漬する方法（特許文献３を参照）がある。
また、関連技術として、ウィスカの発生を抑制するスズ合金メッキを得る表面処理剤ベンズイミダゾール化合物およびその塩を含むハンダ用の表面処理剤（特許文献４を参照）が開示されている。
また、無鉛スズメッキされた銅リード端子との溶接強度の向上を目的として、スズの溶融温度近くの温度で予熱（加熱されたアルゴン、窒素等の不活性ガスを吹き付ける手段等で）後にアーク溶接する方法（特許文献５を参照）が開示されている。
【０００５】
以上のような方法が開示されているが、鉛が含有しないビスマス・スズ合金メッキによる方法では、当該ウィスカの発生は未だ完全に防止できていない。
また当該ウィスカが発生する溶接ビードの一部になるリード線（ＣＰ線）先端部だけでなく、合金メッキが不要な部分を含む全体に施されてコスト面で問題がある。
【０００６】
溶接前処理としてアルカリ性の洗浄液でリード線（ＣＰ線）を洗浄・乾燥後に加熱する方法では、上述の方法と同様に当該ウィスカの発生は完全に防止できていない。
また、複雑な生産工程管理の下で長時間（約２１分）加熱する必要がある等、生産性やコスト面で問題がある。
【０００７】
溶接後処理として酸素雰囲気内で長時間（10〜60分）加熱する方法および溶接終了後数ミリ秒〜１秒内に珪酸塩やホウ酸塩等を無機酸塩が含まれた加熱水溶液に浸漬する方法では、上述の方法と同様にリード線（ＣＰ線）とアルミニウムタブとの溶接後に上記加熱工程や浸漬工程等の後工程が更に必要となり生産性やコスト面で問題があるだけでなく、当該ウィスカの長さが約100μm〜170μm程度の抑制効果であって、防止できる状態には至っていない。
【０００８】
また、加熱された不活性ガスのみを吹き付けて予熱後にアーク溶接した場合では、例え溶接強度が向上しても溶接ビード表面にウィスカ発生要因のスズが存在して、ウィスカの発生を防止できる状態には至っていない。
【０００９】
当該ウィスカは、リード線（ＣＰ線）を単独で加熱溶融・凝固しても発生せず、溶接による溶融金属（アルミニウム、スズ等をから成る）の凝固過程で発生要因が殆んど形成されることが発明者の研究で判明している。
従って、上述の溶接金属の表面に施す溶接前処理や溶接後処理では、当該ウィスカの長さを100μm未満に信頼性良く抑制することはもとより完全に防止する効果を得ることは困難である。
【００１０】
そこで、本願発明者等は、ウィスカの発生要因が形成される溶接過程で発生・成長を遮断することによって、ウィスカの発生を防止することができるコンデンサ用リード端子の溶接方法として、溶接シールドガスとして不活性ガスと活性ガスとの混合ガスを用い、リード線とアルミニウムタブとを溶接する方法を発明し、特許出願した（特許文献６を参照）。
【００１１】
しかしながら、上記の方法では、ウィスカの発生確率は減り、ウィスカの長さも短くできたものの、未だウィスカを完全には抑制できるものではなかった。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００―１２３８６号公報
【特許文献２】特開２０００―２７７３９８号公報
【特許文献３】特開２００４―３１１９５０号公報
【特許文献４】特開２００４―１５６０９４号公報
【特許文献５】特開２００４―３３５８５９号公報
【特許文献６】特開２００６―３３９１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、針状のウィスカの発生要因が形成される溶接過程で発生・成長を遮断することに加え、後処理によって、さらなる針状のウィスカの発生を防止することができるコンデンサ用リード端子の溶接方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、スズを主体とした金属メッキが施されたリード線とアルミニウムタブとを溶接するコンデンサ用リード端子の溶接方法であって、溶接シールドガスとして不活性ガスを用いた溶接の後処理として、前記コンデンサ用リード端子に超音波を照射することを特徴としている。また、前記溶接シールドガスとして、不活性ガスと活性ガスとの混合ガスを用いたことを特徴としている。
これによると、リード端子を溶接した後に、リード端子に超音波を照射することで、特にリード線とアルミニウムタブとの溶接部に物理的な振動を与え、スズとアルミニウムとが凝固した溶接部に加わる残留引張り応力に圧縮応力を付与して内部応力を緩和、針状のウィスカの発生を抑制することができる。
【００１５】
また、前記コンデンサ用リード端子を、溶接後の未だウィスカが出現していない段階（潜伏期間）で、溶液中で超音波を照射することによって、針状のウィスカの発生を抑制することを特徴としている。
換言すれば、針状のウィスカの発生する原因は、溶接後の過程でメッキ膜に生じる応力の開放現象によって、酸化雰囲気中でスズ原子がメッキ膜外に押し出されて成長するものと考えられる。
このメッキ膜外に押し出されるまでに一定の潜伏期間が存在するので、この潜伏期間中に超音波を照射するものである。
【００１６】
また、前記溶液として、グリセリン溶液を用いることを特徴としている。グリセリンに超音波を照射して還元反応場を形成することによって、溶接後の酸化雰囲気中における針状のウィスカの発生を抑制することを特徴としている。
全ての現象は明らかになっていないが、グリセリンに超音波を照射することによって、ポリオール（水酸基が２個以上含有する化合物）が含まれる液体であるグリセリンの分子構造が分解されて発生した水素で還元雰囲気反応場が形成されるものと推察している。
因みに、酸化雰囲気中では針状のウィスカの発生が助長されることが発明者によって確認されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明を用いることにより、ウィスカの発生要因が形成される溶接過程で針状のウィスカの発生・成長を遮断することに加え、超音波照射による後処理によって、さらなるウィスカの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明である電解コンデンサや電気２重層コンデンサ用リード端子の溶接方法の一例として、図１および図２に示すアークスタッド溶接法のシステム構成図で説明する。
１はアルゴンガスを充填したガスボンベ、２は酸素ガスを充填したガスボンベ、３は混合器、４はシールドノズル、５はヘリウムガスを充填したガスボンベ、６はアークスタッド溶接装置、７は一方の電極、８はリード線（ＣＰ線）、９は他方の電極、１０はアルミニウム線、１１はシールドガスである。
以下、電解コンデンサ用リード端子にて説明する。
図１に示すように、アルゴンガスを充填したガスボンベ１及び酸素ガスを充填したガスボンベ２から各ガスを供給混合する混合器３を設け、該混合器３で所定の割合で混合された溶接シールドガス１１を供給する複数のシールドノズル４を設ける。
アークスタッド溶接装置６の一方の電極７でリード線（ＣＰ線）８を把持し、他方の電極９でアルミニウムタブ１０を把持して、リード線（ＣＰ線）８先端とアルミニウムタブ１０先端との接触点、即ち、溶接部には前記シールドノズル４から溶接シールドガス１１が供給されるように配置する。
【００１９】
リード端子はリード線（ＣＰ線）８とアルミニウムタブ１０とからなり、アルミニウムタブ１０は、０．５〜２ｍｍ程度の丸棒状のアルミニウム線を成形加工して偏平部と丸棒部が形成され、この丸棒部とリード線（ＣＰ線）８が溶接されてリード端子が構成される。
なお、アルミニウム線の平坦部は、ここに示さない電極箔に接続される。
リード線（ＣＰ線）８は、丸棒状の線材が用いられ、この線材には、例えば、０．３〜１．２ｍｍ程度の直径の軟鋼線の表面に銅皮膜を形成したものを用いる。
この線材には、軟鋼線の他、純銅線または銅合金線、その他の金属線を用いても良い。
このリード線（ＣＰ線）の表面には、スズやスズ−ビスマス等のスズを主体とする金属メッキが施されている。
【００２０】
次に、本発明の電解コンデンサ用リード端子の溶接方法を説明する。
図２に示すように、リード線（ＣＰ線）８の先端と、アルミニウムタブ１０の丸棒部の先端とを一定間隔で対向配置し、アークスタッド溶接装置６の電極７を稼動させてリード線（ＣＰ線）８の先端とアルミニウムタブ１０の丸棒部の先端を接触させると共に前記アークスタッド溶接装置６を作動させてシールドノズル４より溶接シールドガス１１を供給してリード線８とアルミニウムタブ１０との溶接部をシールドする。
この状態で、リード線（ＣＰ線）８をアルミニウムタブ１０より引き離すことで、リード線（ＣＰ線）８の先端とアルミニウムタブ１０の丸棒部の先端との間にアークが発生、対向するリード線（ＣＰ線）８の先端とアルミニウムタブ１０の丸棒部の先端が溶融する。
この状態で、リード線（ＣＰ線）８をアルミニウムタブ１０の丸棒部の先端側に移動させて当接すると、金属間で溶融・凝固してリード線（ＣＰ線）８とアルミニウムタブ１０の丸棒部とが溶着される。
【００２１】
従来、アークスタッド溶接によって、シールドガスとして１００％アルゴンガスを使用して鉛を使用しない純スズメッキされたリード線（ＣＰ線）とアルミニウム線を接合した場合、図３に示すように溶接ビードから針状のウィスカ１２が時間の経過と共に発生・成長する。
当該ウィスカ１２は、リード線（ＣＰ線）の表面にメッキされたスズ（Ｓｎ）が溶接金属中（Ａｌ）に分散凝固した部分から発生することが発明者による研究で明らかになっている。
従って、前述のような溶接ビード表面処理による公知方法では当該ウィスカ１２の発生を防止することは不可能である。
【００２２】
この発生原因については、溶接によるアルミニウム（Ａｌ）から受ける応力により歪みを受けた島状のスズ（Ｓｎ）が再結晶（再結晶温度０〜２５℃）して歪みのない大きな結晶であるウィスカに変わる現象である等の仮説があるが明らかではない。
【００２３】
そこで、この現象を解決する溶接方法の一例として、図１に示すように不活性ガスであるアルゴンガス１と活性ガスである酸素ガス２とを混合器３でそれぞれ７５〜９０％、２５〜１０％の割合で混合、複数のシールドノズル４からシールドガス１１として溶接部に供給してアークスタッド溶接装置６でリード線（ＣＰ線）８とアルミニウム線１０を図２に示すように溶接する。
【００２４】
その結果、リード線（ＣＰ線）の表面にメッキされたスズ（Ｓｎ）が溶接金属内部に凝集凝固して取り込まれて、溶接金属表層部はアルミニウム（Ａｌ）中にスズ（Ｓｎ）が分散凝固されなくなる。この反応をアーク溶接による溶融凝固の過程中で行う方法によって、ウィスカの発生を防止することが可能となる。
【００２５】
更に、上述の混合ガスに電位傾度の大きいヘリウムガス５（アークプラズマエネルギーが大きい）を酸素ガス２の効果が阻害されない範囲で添加、溶接ビードを平滑することで凹凸部にスズ（Ｓｎ）が残存しないようにして当該ウィスカの発生防止の信頼性向上を図ることができる。
【００２６】
尚、リード線（ＣＰ線）８の金属メッキは、スズを主体とした金属メッキであれば良く、スズ−ビスマス等の他の金属材料を含有するものも含まれる。
【００２７】
また、溶接法として、前記実施例のアークスタッド溶接法はもとより他のガスシールド溶接法（レーザ溶接法、マイクロＴＩＧ溶接法等）に応用した方法も含まれる。
更に、同様のガス雰囲気を形成できるチャンバー内で溶接する方法も含まれる。
【００２８】
このように、前述のアークスタッド溶接法等により、溶接されたコンデンサ用リード端子は、次のとおり、図４に示す後処理によって針状のウィスカの更なる抑制処理が施される。
１３はコンデンサ用リード端子、１４は超音波発生装置、１５はバス、１６は収納槽、１７は超音波振動子である。
まず、この溶接されたコンデンサ用リード端子１３は、図４に示すように、超音波発生装置１４内に収納され、所定時間の超音波を照射される。
この超音波発生装置１４は、収納槽１６の下面に超音波振動子１７が設置され、収納槽１６の外側は、水で満たされており、コンデンサ用リード端子１３を収納する収納槽１６が前記超音波振動子１７に隣接するように設置されている。
この収納槽１６には、グリセリン溶液で満たされており、コンデンサ用リード端子１３がこの収納槽１６に収納される。
そして、この状態で超音波発生装置１４の超音波振動子１７を作動させ、コンデンサ用リード端子１３に超音波照射を行う。
【実施例１】
【００２９】
ここで、実施例１として、超音波発生装置の収納槽に、グリセリン溶液を満たし、超音波を、４０ｋＨｚで、６時間照射した後のコンデンサ用リード端子の溶接部の状態を図５に示す。なお、実施例１の溶接シールドガスとして、アルゴンガスと酸素ガスからなる混合ガスによるアークスタッド溶接法にて溶接したコンデンサ用リード端子を用いている。
【００３０】
実施例１では、図５の走査型電子顕微 鏡（ＳＥＭ）写真のとおり、コンデンサ用リード端子の溶接部の表面より、塊状のＳｎが検出されているが、針状のウィスカは発生しておらず、本発明の目的が達せられている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のガスシールド方法を説明するシステム構成図である。
【図２】ガスシールド溶接終了時の状態を説明する説明図である。
【図３】ウィスカ発生形態を説明する説明図である。
【図４】本発明の超音波照射方法を説明する説明図である。
【図５】実施例１のコンデンサ用リード端子の溶接部の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【符号の説明】
【００３２】
１  アルゴンガスボンベ
２  酸素ガスボンベ
３  混合器
４  シールドノズル
５  ヘリウムガスボンベ
６  アークスタッド溶接装置
７  一方の電極
８  リード線（ＣＰ線）
９  他方の電極
１０  アルミニウム線
１１  シールドガス
１２  ウィスカ
１３  コンデンサ用リード端子
１４  超音波発生装置
１５  バス
１６  収納槽
１７  超音波振動子
【図１】
2008305880.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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