(57)【要約】【課題】  鉛フリーはんだを使用してもエロージョンを防止することの可能な溶融はんだ用浴槽及びその製造方法並びにフロー式はんだ付け方法、そして溶融はんだ用浴槽を用いる電気及び電子部品の製造方法を提供すること。【解決手段】  溶融はんだを貯留する浴槽に、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下である浴槽を用いる。また、その溶融はんだ浴槽のマルテンサイト相を３体積％以下に低減すべく、製造時あるいは保守時において、焼鈍や温間加工を用いることができる。これにより、鉛はんだや鉛フリーはんだに対するステンレス鋼の耐エロージョン性を向上させてはんだ用浴槽の寿命を延ばすことができる。  本発明の溶融はんだ浴槽を用いることにより、はんだ浴槽の維持管理が容易となるので、生産性に優れたフロー式はんだ付け方法や電気及び電子部品の製造方法を提供することが可能となる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融はんだを貯留する浴槽であって、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下であることを特徴とする溶融はんだ用浴槽。
【請求項２】
さらに、上記浴槽内には、溶融はんだを吸い込む一方、溶融はんだを噴流させる吹き上げ部が配設されており、該吹き上げ部がマルテンサイト相が３体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１記載の溶融はんだ用浴槽。
【請求項３】
上記溶融はんだが鉛フリーはんだであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融はんだ用浴槽。
【請求項４】
上記鉛フリーはんだに、１％以下のCoを含有するものを用いることを特徴とする請求項３記載の溶融はんだ用浴槽。
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼を成形加工してなる溶融はんだ用浴槽の製造方法において、最終的に加工誘起マルテンサイト相を３体積％以下とする工程を含むことを特徴とする溶融はんだ用浴槽の製造方法。
【請求項６】
上記の工程が焼鈍工程であり、その温度が、下記計算式によるMd30（℃）の温度以上であることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
Md30（℃）＝413-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo
ここに，上記の元素記号はステンレス鋼における各元素の質量百分率である。
C：炭素，N：窒素，Si：ケイ素，Mn：マンガン，Cr：クロム，Ni：ニッケル，Mo：モリブデン
【請求項７】
上記の工程が温間加工工程であり、その温度が下記計算式によるMd30（℃）の温度以上であることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
Md30（℃）＝413-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo
ここに，上記の元素記号はステンレス鋼における各元素の質量百分率である。
C：炭素，N：窒素，Si：ケイ素，Mn：マンガン，Cr：クロム，Ni：ニッケル，Mo：モリブデン
【請求項８】
溶融はんだ用浴槽内に貯留した溶融はんだを被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させてはんだ付けするフロー式はんだ付け方法において、上記溶融はんだ用浴槽に、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下である浴槽を用いることを特徴とするフロー式はんだ付け方法。
【請求項９】
上記浴槽内には溶融はんだを吸い込む一方、該吸い込んだ溶融はんだを噴流させて被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させる吹き上げ部が配設されており、該吹き上げ部がマルテンサイト相が３体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項８記載のはんだ付け方法。
【請求項１０】
上記溶融はんだに鉛フリーはんだを用いることを特徴とする請求項８又は９に記載のはんだ付け方法。
【請求項１１】
溶融はんだ用浴槽内に貯留した溶融はんだを被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させてはんだ付けする電気及び電子部品の製造方法において、上記溶融はんだ用浴槽に、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下である浴槽を用いることを特徴とする電気・電子部品の製造方法。
【請求項１２】
上記浴槽内には溶融はんだを吸い込む一方、該吸い込んだ溶融はんだを噴流させて被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させる吹き上げ部が配設されており、該吹き上げ部がマルテンサイト相が３体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
上記溶融はんだに鉛フリーはんだを用いることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロー式はんだ付け方法に使用される溶融はんだ用浴槽及びその製造方法、その溶融はんだ用浴槽を用いるフロー式はんだ付け方法、そしてその溶融はんだ用浴槽を用いる電気及び電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェーブ、ディップ及びドラッグ等の溶融はんだを使用するフロー式はんだ付け方法（以下、フローソルダリングという）では、Sn-Pb系のはんだ合金が使用され、はんだ用浴槽（フロー槽）の材料にはSUS 304等のステンレス鋼が主に使用されている。近年、廃棄電気・電子機器に関わる有害物質の使用規制に関するEU指令により、電子部品実装用のSn-Pbはんだを、Sn-Ag-Cu系を主流としたいわゆる鉛フリーはんだに切り替えることが必要とされている。ここで、鉛フリーはんだとは、鉛の含有量が０．１％以下のものをいう。しかし、鉛はんだや鉛フリーはんだを用いるとフローソルダリングに使用されるフロー槽のエロージョンが顕著に起こり、極端なケースではフロー槽に穴あきが起こり、溶融はんだが漏れ出すという問題がある。特に鉛はんだを用いた場合、この現象が顕著であった。これに対し、例えば、耐食性を付与するため、チタンとステンレスからなるクラッド材を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、浴槽のコストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２８７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記課題を解決し、鉛フリーはんだを使用してもエロージョンを防止することの可能な溶融はんだ用浴槽及びその製造方法並びにその溶融はんだ用浴槽を用いるフロー式はんだ付け方法、そしてその溶融はんだ用浴槽を用いる電気及び電子部品の製造方法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
鉛はんだや鉛フリーはんだはステンレス鋼には濡れにくい材料である。濡れによりエロージョンが進行することから考えると、この濡れにくい鉛はんだや鉛フリーはんだを用いた場合、何故ステンレス鋼にエロージョンが発生するのか、その原因は不明であった。本発明者らは、ステンレス鋼のエロージョンの原因を究明する過程において、ステンレス鋼中に存在する加工誘起マルテンサイトが鉛はんだ又は鉛フリーはんだのステンレス鋼に対する濡れを促進することがそのエロージョン発生の大きな原因であることを見出して本発明を完成したものである。
すなわち、本発明の溶融はんだ用浴槽は、溶融はんだを貯留する浴槽であって、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下であることを特徴とする。本発明の溶融はんだ用浴槽は、マルテンサイト相の量を３体積％以下とすることにより、鉛はんだ又は鉛フリーはんだに対する濡れを抑制して、エロージョンを防止することができる。特に鉛フリーはんだを用いた場合にエロージョンがより顕著に発生する理由は、Snの含有量が８０％以上と高いためと推定される。
なお、本発明において、特に断らない限り、マルテンサイト相の体積％は、フェライトスコープによる測定値を用いている。
【０００５】
また、上記浴槽内には、溶融はんだを吸い込む一方、溶融はんだを噴流させる吹き上げ部が配設されており、該吹き上げ部にマルテンサイト相が３体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなるものを用いることができる。また、上記溶融はんだに鉛フリーはんだを用いることができる。ここで、鉛フリーはんだには、１％以下のCoを含むものを用いることが好ましい。
【０００６】
また、本発明に係る溶融はんだ用浴槽の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼を成形加工してなる溶融はんだ用浴槽の製造方法において、最終的に加工誘起マルテンサイト相を３体積％以下とする工程を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、上記の工程には、焼鈍を用いることが好ましく、その温度は下記計算式によるMd30（℃）の温度以上であることが好ましい。さらに好ましくは、（Md30＋１５０）℃〜（Md30＋６００）℃である。
Md30（℃）＝413-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo
ここに，上記の元素記号はステンレス鋼における各元素の質量百分率である。
C：炭素，N：窒素，Si：ケイ素，Mn：マンガン，Cr：クロム，Ni：ニッケル，Mo：モリブデン
ここで、Md30について説明する。
オーステナイト系ステンレス鋼は、常温で加工されるとオーステナイト（γ）相の一部がマルテンサイト（α´）相に変態する。この加工誘起変態に誘発される著しい延性の増加は変態誘起塑性と呼ばれる。この変態は化学組成によって決まるオーステナイト相の安定度と密接な関係があり、強い温度依存性を有する。このオーステナイト相の安定度の指標として用いられるのが上式で規定されるMd30であり、γ単相の材料に30%の引張変形を与えた時、組織の50%がα´相に変態する温度を示す。Md30が大きいほど相が不安定でマルテンサイト変態しやすい（「ステンレス鋼便覧  第３版」、ステンレス協会編（1995年1月24日発行）、p.925）。
【０００８】
また、上記の工程には、Md30（℃）以上の温間加工工程を用いることができ、好ましくはその温度を（Md30＋１５０）℃〜（Md30＋８００）℃とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係るフロー式はんだ付け方法は、溶融はんだ用浴槽内に貯留した溶融はんだを被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させてはんだ付けするフロー式はんだ付け方法において、上記溶融はんだ用浴槽に、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下である浴槽を用いることを特徴とする。
【００１０】
また、上記浴槽内には溶融はんだを吸い込む一方、該吸い込んだ溶融はんだを噴流させて被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させる吹き上げ部を配設し、その吹き上げ部にマルテンサイト相が３体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなるものを用いることができる。また、上記溶融はんだに鉛フリーはんだを用いることができる。
【００１１】
また、本発明の電気及び電子部品の製造方法は、溶融はんだ用浴槽内に貯留した溶融はんだを被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させてはんだ付けする電気及び電子部品の製造方法において、上記溶融はんだ用浴槽に、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、かつマルテンサイト相が３体積％以下である浴槽を用いることを特徴とする。ここで、本発明に係る製造方法には、電気又は電子部品の端子や電子部品を搭載したプリント配線板のはんだ付け部に、フローソルダリングにより溶融はんだを接触させる方法が含まれる。
【００１２】
また、本発明に係る電気及び電子部品の製造方法は、上記浴槽内には溶融はんだを吸い込む一方、該吸い込んだ溶融はんだを噴流させて被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させる吹き上げ部が配設されており、該吹き上げ部がマルテンサイト相が３体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなるものを用いることができる。また、上記溶融はんだに鉛フリーはんだを用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼の冷間加工により生成する加工誘起マルテンサイト相の量を３体積％以下とすることにより、鉛はんだや鉛フリーはんだに対するステンレス鋼の耐エロージョン性を向上させることができる。これにより、はんだ用浴槽の寿命を延ばすことができるので、はんだ付けの生産性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
SUS304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工により加工誘起マルテンサイト相に変態する。しかし、この加工誘起マルテンサイトが増加すると、溶融はんだに対する耐侵食性及び耐腐食性が増大する。そこで、オーステナイト系ステンレス鋼からなる溶融はんだ用浴槽では、フェライトスコープ値で規定されるマルテンサイト相は３体積％以下、より好ましくは１体積％以下、さらに好ましくは０．１体積％以下とする必要がある。また、浴槽本体のみならず、後述の吹き上げ部等の浴槽内に配設される部材についても、マルテンサイト相が３体積％以下、より好ましくは１体積％以下、さらに好ましくは０．１体積％以下であるオーステナイト系ステンレス鋼を用いる必要がある。
【００１５】
本発明の溶融はんだ用浴槽の製造方法は、最終的にマルテンサイト相を３体積％以下に低減させる工程を含んでいれば、特に限定されない。マルテンサイト相を低減させるにはマルテンサイト相をオーステナイト相に逆変態させればよく、例えば、焼鈍、温間加工等を挙げることができる。
ここで、焼鈍を行う場合、上限温度は再結晶温度以下が好ましく、（Md30＋８００）℃以下、より好ましくは３００〜６００℃である。３００℃より低いとマルテンサイト相が完全に消失しない場合があるからである。
また、冷間加工に代えて温間加工を用いることにより、加工誘起マルテンサイト相の生成を抑制することができる。温間加工を行う場合、上限温度は再結晶温度以下が好ましく、（Md30＋８００）℃以下、より好ましくは１００〜６００℃である。１００℃より低いと、ステンレス鋼種によっては加工誘起マルテンサイトを形成するからである。
なお、上記の焼鈍および温間加工時の加熱は、浴槽全体に行う必要はない。マルテンサイト相が生成している加工部分あるいは加工変形する部分のみについて行えば良い。
【００１６】
本発明の溶融はんだ用浴槽には、鉛フリーはんだはもちろん、従来の鉛はんだを使用することもできる。鉛フリーはんだには、例えば、Sn-3.5Ag、Sn-3.5Ag-0.75Cu、Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.7Cu、Sn-0.7Cu-0.05Ni、Sn-3.5Ag-0.2Co、Sn-3.0Ag-0.5Co、Sn-3.0Ag-0.2Co-0.1Ni、そしてSn-0.7Cu-0.2Co等を挙げることができる。
鉛フリーはんだには、Coを１％以下、より好ましくは０．０１〜０．５％含むものを用いることが好ましい。Coを含む鉛フリーはんだを用いることにより、エロージョンの発生が抑制される。さらに、Coに加え、Niを０．２％以下又はFeを０．０３％以下含むものを用いることもできる。エロージョンの発生がさらに抑制される。
【００１７】
本発明の溶融はんだ用浴槽は、浴槽内に貯留した溶融はんだを被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させてはんだ付けするフロー式はんだ付け方法に好適に用いることができる。ここで、被はんだ付け体には電子部品を搭載したプリント基板が挙げられる。
フロー式はんだ付け方法には、ウェーブ、ディップ及びドラッグソルダリング等が含まれる。ここで、ウェーブソルダリングを用いる場合には、浴槽内には溶融はんだを吸い込む一方、該吸い込んだ溶融はんだを噴流させて被はんだ付け体のはんだ付け部に接触させる吹き上げ部が配設されるが、その吹き上げ部にもマルテンサイト相が１体積％以下のオーステナイト系ステンレス鋼からなるものを用いることが好ましい。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
種々のオーステナイト系ステンレス鋼片を４００℃の鉛はんだ又は鉛フリー溶融はんだ浴中に９時間浸漬した後、断面を顕微鏡観察した結果を表１に示す。さらに、試料No.1については種々の鉛フリーはんだについても浸漬試験を行った。その結果を表２に示す。マルテンサイト相の体積％は、Tischer社製(Permascope)のフェライトスコープM11P、プローブ  GAB1.3Feにより測定した値である。
【００１９】
【表１】
2005186149.tif 000002
表１中、はんだの種類SP、SA、SA5Cは、それぞれ、Sn-37Pb、Sn-3.5Ag、Sn-3.0Ag-0.5Cuを示す。また、最大エロージョン深さは以下の基準に基づき判定した。
◎：  耐久性良好（10mm以下）
○：  耐久性有り（10mmを越え50mm以下）
△：  やや耐久性劣る（50mmを越え200mm以下）
×：  耐久性劣る（局部的な深いピット状のエロージョンあり, 局部的に200mm以上）
−：  試験せず
【００２０】
【表２】
2005186149.tif 000003
SP: Sn-37Pb、SA: Sn-3.5Ag、SA5C:Sn-30Ag-0.5Cu、SA2Co: Sn-3.5Ag-0.2Co、SA5Co: Sn-3.0Ag-0.5Co、
SA5CCoNi: Sn-3.0Ag-0.2Co-0.1Ni、SA5CCoFe: Sn-3.0Ag-0.2Co-0.015Fe、SCCo: Sn-0.7Cu-0.2Co。
【００２１】
表１に示すように、フェライトスコープ値が3.0％を超える試料は（No.5とNo.6）、鉛はんだと鉛フリーはんだに対する耐エロージョン性が劣るという結果が得られた。
また、受け入れ材のままの試料に関しては、SUS316（No.10)とSUS310S（No.16)は、SUS304（No.1)に比べ低いフェライトスコープ値を示し、かつ鉛はんだに対する耐エロージョン性が優れていた。
また、SUS304の場合、No.2とNo.3、SUS316の場合、No.13とNo.14、SUS310Sの場合、No.17とNo.18に示すように、600℃で30分という条件で焼鈍を行うことによりフェライトスコープ値を小さくできるとともに、耐エロージョン性を向上させることができた。
また、SUS304の場合、No.1とNo.4、No.5とNo.7に示すように300℃で、SUS316の場合、No.12とNo.15に示すように100℃で、そしてSUS310Sの場合、No.16とNo.19に示すように100℃で変形させる温間加工を行うことによりフェライトスコープ値を小さくできるとともに、耐エロージョン性を向上させることができた。
さらに、表２に示すように、フェライトスコープ値が1％以下であるSUS304は、鉛はんだと種々の鉛フリーはんだに対する耐エロージョン性が優れていた。
また、フェライトスコープ値が13から15％であるSUS304は、鉛フリーはんだSA5Cを用いた場合、顕著にエロージョンが発生するが、Co、Co-Ni、Co-Feを含有する鉛フリーはんだ（SA2Co、SA5Co、SA5CCoNi、SA5CCoFeSCCo）を用いることにより耐エロージョン性が向上した。