(57)【要約】【課題】アルミニウム細線のようなアルミニウム材料の半田付方法に関するもので、フラックスを使用せずまた超音波溶接のように半田の噴霧化による問題も生じない、電気抵抗溶接によるアルミニウム材料の半田付方法を提供するとともに、この前記電気抵抗溶接をプリント配線基板の回路接続に適用しても、特にポリイミド等の有機材料の焦げやダメージを与えることがない、アルミニウム材料の半田付方法を提供することにある。【解決手段】アルミニウム材料と他の金属材料の間に溶融半田を介在させ、前記アルミニウム材料の接合する部分を急速加熱し、前記アルミニウム材料の一部と前記半田を瞬時に溶融することによって半田付を行う、アルミニウム材料の半田付方法とすることによって、解決される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材料と他の金属材料の間に溶融半田を介在させ、前記アルミニウム材料の接合する部分を急速加熱し、前記アルミニウム材料の一部と前記半田を瞬時に溶融することによって半田付を行うことを特徴とする、アルミニウム材料の半田付方法。
【請求項２】
前記急速加熱によるアルミニウム材料と半田の溶融が、電気抵抗溶接であることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム材料の半田付方法。
【請求項３】
アルミニウム細線とフレキシブルプリント配線基板の銅箔回路の間に溶融半田を介在させ、電気抵抗溶接によってアルミニウム半田付を行うに当たり、通電時間が２．０〜５．０ｍｓ、通電電圧が０．８〜１．２Ｖ、通電電流が２５０〜１０００Ａであって、かつ前記通電時間と通電電圧並びに通電電流の積が７００〜１６００の範囲内であることを特徴とする、アルミニウム材料の半田付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム細線等のアルミニウム材料の半田付方法、具体的には電気抵抗溶接を用いる半田付方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム細線等の半田付に際しては、アルミ半田用フラックスを用いて行う方法と超音波半田付方法が行われている。いずれの方法もアルミニウムの酸化膜を除去しながら行う必要がある。そして、前者のフラックスを用いる方法には無機系のフラックスを用いる場合と、有機系のフラックスを用いる場合があり、無機系のものとしては、ＺｎＣｌ２やＣｕＣｌ２等の重金属の塩化物を含むフラックスを用いるが、このものは半田付性は良好であるが、活性が高いのでフラックス残渣を完全に除去しないと腐食の問題が生じる。これに対し、トリエタノールアミン等を主成分としホウフッ化物を含む有機系のものは、フラックス残渣による問題は少ないが、加熱に十分な注意を払わないと半田付性が劣るという問題がある。以上のようなアルミ半田用のフラックスを用いる半田付方法に関しては、特許文献１が知られている。そこで、フラックスを用いない半田付方法として、超音波による半田付方法が行われている。例えば非特許文献１に、記載されるようなものである。この方法ではキャビテーション効果によりアルミニウムの酸化膜を破壊して半田付を行うものであるが、半田表面に発生する噴霧状半田が、誤配線の原因となる問題があるとともに、比較的高価な超音波発生装置等も必要となってくる。そこで、これらの方法に代わる方法として、抵抗電気溶接によるアルミニウム材料の半田付方法を検討した。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−７９５３号公報
【非特許文献１】
株式会社工業調査会、１９８８年１０月１日発行、「電子材料のはんだ付技術」、Ｐ．１６７〜１６８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明が解決しようとする課題は、アルミニウム細線のようなアルミニウム材料の半田付方法に関するもので、フラックスを使用せずまた超音波溶接のように半田の噴霧化による問題も生じない、電気抵抗溶接によるアルミニウム材料の半田付方法を提供するとともに、この前記電気抵抗溶接をプリント配線基板の回路接続に適用しても、特にポリイミド等の有機材料の焦げやダメージを与えることがない、アルミニウム材料の半田付方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するためには、請求項１に記載されるように、アルミニウム材料と他の金属材料の間に溶融半田を介在させ、前記アルミニウム材料の接合する部分を急速加熱し、前記アルミニウム材料の一部と前記半田を瞬時に溶融することによって半田付を行う、アルミニウム材料の半田付方法とすることによって、解決される。
【０００６】
また、請求項２に記載されるように、前記急速加熱によるアルミニウム材料と半田の溶融が、電気抵抗溶接であることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム材料の半田付方法とすることによって、解決される。
【０００７】
さらに、請求項３に記載されるように、アルミニウム細線とフレキシブルプリント配線基板の銅箔回路の間に溶融半田を介在させ、電気抵抗溶接によってアルミニウム半田付を行うに当たり、通電時間が２．０〜５．０ｍｓ、通電電圧が０．８〜１．２Ｖ、通電電流が２５０〜１０００Ａであって、かつ前記通電時間と通電電圧並びに通電電流の積が７００〜１６００の範囲内であるアルミニウム材料の半田付方法とすることによって、解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。まず請求項１に記載される発明は、アルミニウム材料と他の金属材料の間に溶融半田を介在させ、前記アルミニウム材料の接合する部分を急速加熱し、前記アルミニウム材料の一部と前記半田を瞬時に溶融することによって半田付を行う、アルミニウム材料の半田付方法とすることによって、フラックスを用いることなく、また超音波溶接のように半田の噴霧化による問題もないアルミニウム材料の半田付方法を提供することができる。より具体的に述べると、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる比較的細いアルミニウム材料と銅、銅合金等の金属材料を、溶融半田を用いて接合する場合に、前記アルミニウム材料に、例えば通電等を行って瞬時に一部を溶融させて半田付を行うようにすることにより、一部分が溶融したアルミニウム材料と溶融した前記半田が接触することにより半田付が行われる。このときの前記アルミニウムは酸化物ではなく純粋な溶融物となっているので、十分な金属結合が行われて接合されることになる。なお、前記アルミニウム材料の溶融は、通常通電によって行うものであるが、レーザー加熱やプラズマアーク加熱によって行うこともできる。要するに必要量のアルミニウム材料の溶融が行われることが、重要である。あまり過剰な溶融は、逆にアルミニウム材料を溶断することになり好ましくない。また、前記溶融半田としては、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系等の溶融半田が用いられるが、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系のような、無鉛半田を用いるのが好ましい。さらに、前記アルミニウム材料としても、外径０．１〜０．５ｍｍ程度の細線状のものが使用される。
【０００９】
そしてまた前記急速加熱によるアルミニウム材料の溶融が、請求項２に記載されるように、電気抵抗溶接であることを特徴とするアルミニウム材料の半田付方法とすることによって、前記の効果と同様にフラックスを使用することなく、また超音波溶接のように半田の噴霧化による問題もない、電気抵抗溶接によるアルミニウム材料の半田付方法が提供できるとともに、特に前記電気抵抗溶接を短時間で行うことにより、特にポリイミド等の有機材料に対して焦げやダメージを与えることがない、前記アルミニウム材料の半田付方法を提供することができることになる。まず電気抵抗溶接について簡単に説明すると、金属材料からなる被溶接部を電極で加圧挟持し溶接電流を流してジュール発熱を利用して接合するものである。そしてこの溶接方法は、装置が安価であること、電源の選択範囲が広い等の長所がある。しかしながらこの抵抗溶接方法においては、接合部の清浄度を保つために溶接部、被溶接部以外の物質を排し溶接する場合が圧倒的に多い。このため溶接時に発生するジュール熱は溶接部、被溶接部の熱伝導率、形状等によって分配され、温度分布を構成する。このため接合させる材料の融点や熱伝導率が著しく異なる場合、温度分布の偏りが発生し、片方の材料の溶解、外観不良および金属細線の溶断と言った問題が生じる。また、金属箔が有機材料と複合されたような構造の場合には、過度の温度上昇によって有機材料が焦げたりダメージを与えたり、金属箔が剥離するといった問題が生じる。特に微細な接合部に置いては、これらの問題が顕著に現れる。そこで種々の改良が必要となる。
【００１０】
より詳細に述べると、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる比較的細い線条体である外径０．１〜０．５ｍｍ程度のアルミニウム材料と銅、銅合金等の金属材料を、溶融半田を用いて接合する場合に、前記アルミニウム材料に短時間の電気抵抗溶接を行うことによって、瞬時に前記アルミニウム材料の一部を溶融させ、溶融したアルミニウム材料と溶融した前記半田が接触することにより半田付が行われることになる。そしてこのとき、前記アルミニウムは酸化物ではなく純粋なアルミニウムの溶融物となっているので、十分な金属結合が行われて接合（半田付）されることになる。さらに、このような電気抵抗溶接方法を用いることによって、前記アルミニウム材料表面は急激に蒸発し前記アルミニウム細線並びに銅箔等の温度を低下させる効果が生じ、これによりアルミニウム細線が溶融飛散したり、また銅箔回路等に接している有機材料への熱伝導も低下させ、前記有機材料がダメージを受けることもなくなる。当然に、前記アルミニウム表面の酸化物を除去して接合されるので、半田接合面も強固な金属結合のものが得られることになり、アルミニウム材料の溶解、溶断、外観不良がなく、また有機材料の焦げやダメージもない。さらに電気抵抗溶接方法の長所である比較的安価で、電源等の選択範囲が広いことを阻害しない、溶接方法を提供できる。なお、前記電気抵抗溶接の条件は、通電電流、通電電圧や通電時間を選定することにより、より好ましいものとすることができる。すなわち、通電電流は１００〜２０００Ａ程度、通電電圧は０．４〜２．０Ｖ程度、通電時間も０．５〜２０ｍｓ（ミリセカンド）程度とするのが好ましい。この範囲を超えるような条件であると、アルミニウム線材の溶断や接合部周辺への熱ダメージがおおきくなり、却って問題となる。また、前記溶融半田としては、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系等の溶融半田が用いられるが、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系のような、無鉛半田を用いるのが好ましい。
【００１１】
さらに請求項３に記載される発明のように、アルミニウム細線とフレキシブルプリント配線基板の銅箔回路の間に溶融半田を介在させ、電気抵抗溶接によってアルミニウム半田付を行うに当たり、通電時間が２．０〜５．０ｍｓ、通電電圧が０．８〜１．２Ｖ、通電電流が２５０〜１０００Ａであって、かつ前記通電時間と通電電圧並びに通電電流の積が７００〜１６００の範囲内であるアルミニウム材料の半田付方法として適用することによって、より効果が発揮される。すなわち、アルミニウム細線とフレキシブルプリント配線基板の銅箔回路の間に溶融半田のメッキ層を介在させ、これを電気抵抗溶接によってアルミニウム半田付する場合に、通電時間が２．０〜５．０ｍｓ、通電電圧が０．８〜１．２Ｖ、通電電流が２５０〜１０００Ａの範囲で、かつ前記通電時間と通電電圧並びに通電電流の積が７００〜１６００の範囲内とするものである。具体例について図１を用いて説明すると、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）の銅箔回路の接続部にアルミニウム細線を、溶融半田をメッキして電気抵抗溶接する場合を示すもので、ポリイミドフィルム１に接着剤２を介して接着された、例えば厚さ３０μｍの銅箔回路３に、例えば外径０．２５ｍｍのアルミニウム細線（リード線）４を半田付するに当り、溶融半田５を例えば４０μｍ厚さに前記銅箔回路３上にメッキして施した。この溶融半田５のメッキ層は、厚さが４０μｍで前記アルミニウム細線４と直交するように、少なくとも幅１ｍｍ程度にメッキされる。ついで、前記アルミニウム細線４が前記溶融半田５上に配置され、タングステン、モリブデンや銅−クロム合金等の電極６を前記アルミニウム金属細線上から押し付け、通電して電気抵抗溶接を行なうものである。そしてこのときの電気抵抗溶接の条件を、通電時間が２．０〜５．０ｍｓ、通電電圧が０．８〜１．２Ｖ、通電電流が２５０〜１０００Ａで、さらにこれら３条件の積が７００〜１６００となるような条件で、半田付けを行うものである。これは、このような条件を外れると、接合部で爆飛（溶融飛散）や接合不良を生じるためである。そして、前記のように通電時間、通電電圧並びに通電電流の積を特定することによって、アルミニウム細線と銅箔回路との接合が十分に行われ、しかもポリイミドフィルムにダメージを与えないような、条件を特定することができることになる。
【００１２】
以上のように、比較的短い時間の電気抵抗溶接とすることによって、前記ＦＰＣの銅箔回路にアルミニウム細線を半田付することにより、前記アルミニウム細線が溶融飛散したり、銅箔回路の接続部に近接しているポリイミドのような有機材料が熱によってダメージを受けることもない。また、電気抵抗溶接ではアルミニウム細線の表面の酸化物を瞬時に除去し、アルミニウム細線の一部を溶融することができるので、接合面は強固な金属結合した状態となる。このように、本発明のアルミニウム細線の半田付方法とすることにより、電気機器等のマイクロ部品やフレキシブルプリント配線基板の接続部は、従来方法に比較して強固に接合され、アルミニウム細線の溶解、溶断、外観不良も見られず、またポリイミド等の有機材料の焦げやダメージもなく並びに電気抵抗溶接方法の長所である比較的安価で、電源等の選択範囲が広いことを阻害することもない半田付方法とすることができる。なお、このようにして半田付したアルミニウム細線の接合部の強度をさらに向上させるために、前記接合部にエポキシ樹脂等によるポッティングを行うと、アルミニウム材料の引張り強度に近づけることができる。
【００１３】
【実施例】
２０μｍのポリイミドフィルム（ＰＩ）に１０μｍのエポキシ樹脂系接着剤を用いて、厚さ４０μｍの銅箔を貼り合わせたフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）の、前記銅箔回路部分（面積１０ｍｍ２程度）と外径０．２５ｍｍφのアルミニウム細線の間に、Ｐｂ−Ｓｎ系の半田を前記アルミニウム細線と直交するように、厚さ１０μｍ、幅１ｍｍに塗布した。そしてこのアルミニウム細線上に、タングステン電極を図１のように配置し、通電電流値が２５０Ａ、３５０Ａ、５００Ａ並びに１０００Ａ、通電電圧が０．５Ｖ、０．８Ｖ、１．０Ｖ、１．２Ｖ並びに１．５Ｖ、さらに通電時間が１．０ｍｓ、１．５ｍｓ、２．０ｍｓ、２．５ｍｓ、３．０ｍｓ、３．５ｍｓ、４．０ｍｓ、５．０ｍｓ、６．０ｍｓ並びに７．０ｍｓの条件で電気抵抗溶接を行って、半田との接合状態（半田付性）を観察した。そして、その積としての値としては、実験例１の２５０から実験例２３の２８００までについて、実験した。その結果を、十分に接合が行われていた場合は○印、スプラッシュと称するアルミニウム細線の爆飛による外観不良が発生した状態のものは△印、全く接合が行われていなかった状態の場合は×印で示した。なお、電極荷重は２０Ｎとした。また、ＦＰＣのポリイミドベースフィルムと銅箔回路との剥離の状態を、実体顕微鏡によって監察した結果を記載した。結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１から明らかな如く、半田との接合状態並びにＰＩと銅箔回路との剥離の両方を満足するものは、実験例６、７、９〜１１、１３〜１８に記載される条件を満たすものであることがわかる。すなわち、通電電圧値が０．８〜１．２Ｖ、通電電流値が２５０〜１０００Ａで、通電時間値が２〜５ｍｓであって、それらの積が７００〜１６００の範囲に入る条件であれば、ＦＰＣの銅箔回路とアルミニウム細線を溶融半田付に、十分適用することが可能である。このようにＦＰＣの銅箔回路の接続部に適用することによって、アルミニウム細線と金属結合された強固な半田接合部とすることができるとともに、外観不良も見られずまた有機材料であるＰＩフィルムの焦げやダメージもなかった。また、ＰＩと銅箔回路の剥離の問題が無いようなアルミニウム細線と銅箔回路の半田付では、実験例１９や２１のような条件にまで、範囲を拡大させることができる。すなわち、通電電圧値、通電電流値並びに通電時間値の積が、２０００や２４００であっても使用が可能である。なお、実験例１〜５、８、１２、２０、２２〜２３の条件では、半田との接合状態（半田付性）に問題があり、通常は実施することはできない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、アルミニウム材料と他の金属材料の間に溶融半田を介在させ、前記アルミニウム材料の接合する部分を急速加熱し、前記アルミニウム材料の一部と前記半田を瞬時に溶融することによって半田付を行う、アルミニウム材料の半田付方法とすることによって、また、前記急速加熱によるアルミニウム材料と半田の溶融が、電気抵抗溶接であるアルミニウム材料の半田付方法とすることによって、アルミニウム細線のようなアルミニウム材料の半田付を、フラックスを使用することなく好適に行うことができ、また超音波溶接のように半田の噴霧化による問題もない。特に電気抵抗溶接によるアルミニウム材料の半田付方法とすると、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる比較的細いアルミニウム材料と銅、銅合金等の金属材料を溶融半田を用いて接合する場合に、前記アルミニウム材料に例えば通電等を行って、瞬時に一部を溶融させ半田付を行うようにすることにより、一部分が溶融したアルミニウム材料と、溶融した前記半田が接触することにより半田付が行われ、このときの前記アルミニウム細線は、酸化物ではなく純粋なアルミニウムの溶融物となっているので、溶融半田を介して他の金属材料と十分な金属結合が行われて接合（半田付）されるることになる。さらに電気抵抗溶接方法の長所である比較的安価で、電源等の選択範囲が広いことを阻害しない溶接方法を提供できる。なお前記電気抵抗溶接の条件は、通電電流、通電電圧や通電時間を選定することより、好ましいものとすることができる。
【００１７】
また、アルミニウム細線とフレキシブルプリント配線基板の銅箔回路の間に溶融半田を介在させ、電気抵抗溶接によってアルミニウム半田付を行うに当たり、通電時間が２．０〜５．０ｍｓ、通電電圧が０．８〜１．２Ｖ、通電電流が２５０〜１０００Ａであって、かつ前記通電時間と通電電圧並びに通電電流の積が７００〜１６００の範囲内であるアルミニウム材料の半田付方法とすることによって、前述の効果に併せて、電気機器のマイクロ部品やフレキシブルプリント配線基板の接続部と金属細線との接合（半田付）において、アルミニウム材料の溶解、溶断、外観不良がなく、また大電流、短時間での接合処理のため電極の損傷も少なく、さらに通電時間の短縮等により、有機材料の焦げやダメージもなくすことができることになる。そして電気抵抗溶接方法の長所である比較的安価で、電源の選択範囲が広いことも阻害しない電気抵抗溶接方法を提供することができることになる。特に、フレキシブルプリント配線基板に本発明の電気抵抗溶接を適用したことによって、前述のように金属結合された強固な接合部を外観不良等がなく、またポリイミドフィルムにダメージを与えることなくアルミニウム細線の半田付方法を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１　　ポリイミドフィルム
２　　接着剤層
３　　銅箔回路の接続部
４　　アルミニウム細線
５　　溶融半田
６　　タングステン電極
【図１】
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