(57)【要約】【課題】  錫を主成分とする錫富化鉛フリーはんだを用いたはんだ付け装置の構成部材の広い範囲に一斉的に生じる全面的な侵食および分散的で局部的に進行する侵食を抑止して長期間安定して使用可能なはんだ付け装置を実現すること。【解決手段】  錫を主成分とする錫富化鉛フローはんだを溶融状態において被はんだ付け部材に接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置に用いる部材を、前記錫富化鉛フローはんだと接触する部分の部材表面に酸化珪素−酸化アルミニウムから成る下地層と、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結助剤からなる複合酸化物皮膜中間層と、燐酸クロム結晶質から成る上層とを順次被覆して形成したことを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錫を主成分とする錫富化鉛フリーはんだを溶融状態において被はんだ付け部材に接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置に用いる部材であって、前記錫富化鉛フリーはんだと接触する部分の部材表面に酸化珪素−酸化アルミニウムから成る下地層と、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層と、燐酸クロム結晶質から成る上層とを順次に被覆して成ることを特徴とするはんだ付け装置部材。
【請求項２】
前記酸化珪素−酸化アルミニウムからなる下地層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化したものでその気孔率が５〜１０％であり、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化した後にクロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは該水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成することによって形成したものでその気孔率が０．５％以下であり、燐酸クロム結晶質からなる上層は、クロム酸および焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは該水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成することによって形成したものでその気孔率が０．１％以下であることを特徴とする請求項１記載のはんだ付け装置部材。
【請求項３】
前記酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結助剤から成る複合酸化物被膜中間層における前記焼結助剤は、焼成することによって結晶質無機物質を生成する材料を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後に加熱し焼成することによって生成させたものであり、リン酸塩化合物を主として含むものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のはんだ付け装置部材。
【請求項４】
錫を主成分とする錫富化鉛フリーはんだを溶融状態において被はんだ付け部材に接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置における該錫富化鉛フリーはんだと接触する部分の部材表面に、酸化珪素−酸化アルミニウムから成る下地層と、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層と、燐酸クロム結晶質皮膜上層とを被覆することを特徴とするはんだ付け装置部材の製造方法。
【請求項５】
前記酸化珪素−酸化アルミニウムからなる下地層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成し皮膜化してその気孔率を５〜１０％に形成し、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化した後にクロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成してその気孔率を０．５％以下に形成し、燐酸クロム結晶質皮膜上層は、クロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成してその気孔率を０．１％以下に形成することを特徴とする請求項４記載のはんだ付け装置部材の製造方法。
【請求項６】
前記酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結助剤から成る複合酸化物被膜中間層における前記焼結助剤は、焼成することによって結晶質無機物質を生成する材料を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後に加熱し焼成することによって生成させたものであり、リン酸塩化合物を主として含むものを用いることを特徴とする請求項４または請求項５記載のはんだ付け装置部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材に対して侵食性を有するところの錫を主成分とする鉛フリーはんだに対して、耐侵食性を有するはんだ付け装置を実現するための部材であって、特に電子部品を搭載したプリント配線板のような被はんだ付けワークに溶融状態の前記鉛フリーはんだを供給してはんだ付けを行うはんだ付け装置に使用する部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されてきたはんだ、例えば６３重量％錫−３７重量％鉛はんだ（以後、錫−３７鉛はんだのように記載する）に代えて、鉛を含有しないはんだ、すなわち鉛フリーはんだが使用されるようになってきた。これは、環境や人体に対する鉛毒汚染を解消するためである。そして、この鉛フリーはんだは、錫を主成分とするものが殆どである。
【０００３】
プリント配線板と溶融状態のはんだを接触させることで該プリント配線板の被はんだ付け部にはんだを供給してはんだ付けを行う装置には、大別してはんだの噴流を用いるフローはんだ付け装置と、噴流を用いない静止状態のはんだ液面を用いる静止はんだ付け装置とがある。一般的に、これらのはんだ付け装置は、はんだを収容する槽体とはんだを溶融状態に保持するためのヒータや温度センサ等の主機を備えているが、その他に噴流のためのポンプや吹き口、酸化膜の除去装置、搬送コンベア等々の各はんだ付け装置に必要となる補機を備えている。
【０００４】
一方、鉛の有する毒性の問題から、プリント配線板のはんだ付けに際して鉛フリーはんだが使用されるようになってきた。鉛フリーはんだの代表的な例としては、例えば、錫−銀−銅系の鉛フリーはんだ（錫−３．５銀−０．７５銅はんだ等）、錫−銅系の鉛フリーはんだ（錫−０．７銅はんだ等）、錫−銀系の鉛フリーはんだ（錫−４銀はんだ等）、錫−亜鉛系の鉛フリーはんだ（錫−９亜鉛はんだ等）、等々があり、その他にも、これらのはんだにさらに微量の元素を加えてはんだの諸特性を改善したものが多数ある。このように、鉛フリーはんだの殆どは、いずれも錫の含有量が９０％以上の錫富化鉛フリーはんだである。
【０００５】
ところで、はんだ付け装置の槽体やヒータ、温度センサ（ヒータおよび温度センサのシース）、等々の主機や、噴流を形成するためのポンプや吹き口、スキーマ等の酸化物除去装置、搬送コンベア、等々の補機には、従来から耐食性に優れたステンレス鋼等の鋼材が使用されてきた。
【０００６】
しかし、このステンレス鋼も従来から使用されてきた錫−３７鉛はんだと比較して錫富化の鉛フリーはんだに対しては喰われて侵食され易く、その侵食速度もはんだの作業温度に対して指数関数的に速くなることから、従来から使用されてきた錫−３７鉛はんだの融点よりも融点の高い鉛フリーはんだ（例えば、錫−銀−銅系の鉛フリーはんだ、錫−銅系の鉛フリーはんだ、錫−銀系の鉛フリーはんだ）では極めて短時間にはんだ付け装置が使用できなくなってしまう。例えば、錫−３７鉛はんだの作業温度は通常２４０℃〜２５０℃程度であるのに対して、錫−３．５銀−０．７５銅はんだの作業温度は通常２５０℃〜２６０℃程度である。
【０００７】
なお、上記の侵食は、鉛フリーはんだ中の錫が主役になって生じていることが最近になって判り、そのために錫富化鉛フリーはんだではこの侵食が極めて速い速度で生じることが判ってきている。
【０００８】
そこで、このような侵食を防止するために、ステンレス鋼の表面に窒化処理を施したり、ステンレス鋼の表面にセラミック皮膜を設けたりする等の技術が用いられている。窒化処理の例としては、真空窒化処理方法の一種であるカナック処理（株式会社カナックが行っている）が知られている。カナック処理は、高真空にした炉内にアンモニアを主成分とした窒化促進ガスを送り、持続剤、窒素発生剤、粘着防止剤を含む活性物質の働きにより、母材に拡散させるものである。
【０００９】
溶融金属を収容する容器としてホーロー被覆容器やセラミック製容器の使用が行われていることは周知であるが、ステンレス製のはんだ槽にセラミック皮膜を設けた例としては、例えば特開２００２−３３６９６０号公報がある。なお、窒化処理よりもセラミック皮膜を設けたものの方が耐侵食性に優れていることが判っている。
【００１０】
一方、本発明者等は、既に特許第３４０８５３０号「半導体製造装置用部材およびその製造方法」において、鋼製基材の表面に酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび例えばリン酸塩化合物のような焼結することによって非晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜を被覆して成る半導体製造装置部材について開示している。
【特許文献１】特開２００２−３３６９６０号公報
【特許文献２】特許第３４０８５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、ステンレス鋼等のはんだ付け装置の構成部材の表面に、このようなセラミック皮膜を設けたものであっても、はんだ付け装置の各部の広い範囲に一斉的に生じる全面的な侵食は抑制できるものの、分散的で局部的に進行する侵食は抑止することができない問題が生じていた。
【００１２】
すなわち、はんだ付け装置にわずか１箇所あるいは数カ所にピンホール状の侵食が生じて孔が開いても、はんだ付け装置の作動を阻害し、その運転を続けることが困難になるのである。例えば、高温で溶融状態のはんだが漏れだしたり、シースヒータのシースに孔が開いて漏電を生じたり、ポンプの揚力が低下したり、目的とする噴流が得られなくなったりして当該はんだ付け装置が使用できなくなるのである。
【００１３】
そして、侵食に対して強固な耐性を有するとされている（各種の）セラミック皮膜を形成しても、なおもこのような分散的で局部的に進行する侵食がどうして生じるかは技術的に解明されておらず、その解決が待たれていた。
【００１４】
本発明者等は、この局部的に分散して生じる微細な侵食の原因を多数の事例から分析し、従来のようにステンレス鋼の表面に単に各種のセラミック部材をコーティングして焼成することでセラミック皮膜を設けただけでは、焼成されたセラミック粒子間に微細な気孔や亀裂が存在し、この微細な気孔や亀裂の中でも比較的大きな気孔や亀裂部分にはんだが進入してセラミック皮膜の下部にあるステンレス鋼を侵食することをつきとめた。そして、この侵食により該ステンレス鋼の表面に設けられたセラミック皮膜が剥げ落ちて局部的な侵食が発生し進行することもつきとめた。
【００１５】
また、前記の特許第３４０８５３０号の技術においても、この発明による皮膜は最外層が緻密な非晶質ガラス質であるため、溶融金属に接した場合の耐スポーリング性に必ずしも優れるものではなかった。
【００１６】
本発明は、はんだが進入し得るような気孔が存在せず微細な亀裂が発生しないはんだ付け装置部材を提供することを目的とする。
【００１７】
具体的には、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムを主体とする複合酸化物皮膜の耐熱衝撃性や耐スポーリング性、溶融金属に対する環境遮断性、耐食性、熱力学的安定性等を同時に求めようとするものである。そして、その結果として、鉛フリーはんだを使用したはんだ付け作業を長期間に渡って安心して行うことができるはんだ付け装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、ステンレス鋼等の鋼材に対する密着力が強く、実質的に溶融金属が進入するような気孔がなく高硬度であり、鋼材の熱膨脹に対する追随性に優れた皮膜を鋼材に形成するように構成したところに特徴がある。
【００１９】
（１）すなわち、請求項１に記載の発明は、錫を主成分とする錫富化鉛フリーはんだを溶融状態において被はんだ付け部材に接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置に用いる部材であって、該錫富化鉛フリーはんだと接触する部分の部材表面に酸化珪素−酸化アルミニウムから成る下地層と、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層と、燐酸クロム結晶質から成る上層とを順次に被覆して成るように構成したはんだ付け装置部材である。
【００２０】
（２）また、請求項２に記載の発明は、前記酸化珪素−酸化アルミニウムからなる下地層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化したものでその気孔率が５〜１０％であり、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化した後にクロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは該水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成することによって形成したものでその気孔率が０．５％以下であり、燐酸クロム結晶質からなる上層は、クロム酸および焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは該水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成することによって形成したものでその気孔率が０．１％以下であるように構成した前記（１）のはんだ付け装置部材である。
【００２１】
（３）さらに、請求項３に記載の発明は、前記酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結助剤から成る複合酸化物被膜中間層における前記焼結助剤は、焼成することによって結晶質無機物質を生成する材料を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後に加熱し焼成することによって生成させたものであり、リン酸塩化合物を主として含むように構成した前記（１）または（２）のはんだ付け装置部材である。
【００２２】
（４）そして、請求項４に記載した発明は、前記（１）のはんだ付け装置部材の製造方法であり、錫を主成分とする錫富化鉛フリーはんだを溶融状態において被はんだ付け部材に接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置に用いる該錫富化鉛フリーはんだと接触する部分の部材表面に、酸化珪素−酸化アルミニウムから成る下地層と、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層と、燐酸クロム結晶質皮膜上層とを被覆するように構成したはんだ付け装置部材の製造方法である。
【００２３】
（５）また、請求項５に記載した発明は、前記（２）のはんだ付け装置部材の製造方法であり、前記酸化珪素−酸化アルミニウムからなる下地層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成し皮膜化してその気孔率を５〜１０％に形成し、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層は、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化した後にクロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成してその気孔率を０．５％以下に形成し、燐酸クロム結晶質皮膜上層は、クロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成してその気孔率を０．１％以下に形成するように構成したはんだ付け装置部材の製造方法である。
【００２４】
（６）さらに、請求項６に記載した発明は、前記（３）のはんだ付け装置部材の製造方法であり、前記酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結助剤から成る複合酸化物被膜中間層における前記焼結助剤は、焼成することによって結晶質無機物質を生成する材料を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは水溶液中に浸漬した後に加熱し焼成することによって生成させたものであり、リン酸塩化合物を主として含むものを用いるように構成したはんだ付け装置部材の製造方法である。
【００２５】
以上のように構成され製造されたはんだ付け装置部材は、溶融状態の鉛フリーはんだが進入できない粒子積層構造のセラミック皮膜を有し、また、熱衝撃にも強く前記鉛フリーはんだが進入できるような亀裂を生じることもない。さらに、ステンレス鋼等の鋼材に対する皮膜の密着性も大幅に向上する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のはんだ付け装置部材およびその製造方法によれば、ステンレス鋼等の鋼材により構成されるはんだ付け装置の各部分となるはんだ槽やヒータ、温度センサ等の主機の他に、ポンプ、吹き口、酸化物除去装置、搬送コンベア、等々のはんだ付け作業に際して必要となる補機であって、はんだ付け作業の際にはんだに接触する部材の表面に、溶融状態にある錫富化鉛フリーはんだが進入することができない粒子積層構造を有したセラミック皮膜を設けることができるようになる。また、高温で溶融状態にある錫富化鉛フリーはんだに接触しても該鉛フリーはんだが進入するような亀裂を生じることもない。さらに、鋼材に対する密着力も強く、固化している錫富化鉛フリーはんだを溶融させたり、逆に溶融状態の錫富化鉛フリーはんだを固化させたりする等のヒートサイクルが加わっても、剥離して欠損を生じることもない。
【００２７】
その結果、融点が高く侵食性の高い錫富化鉛フリーはんだによる侵食からはんだ付け装置を完全に防護して、長期間に渡って安定して使用可能なはんだ付け装置を実現することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明のはんだ付け装置部材は、次のようにして実現することができる。
【００２９】
（１）はんだ付け装置部材の製造方法
図１は、本発明のはんだ付け装置部材の製造方法を説明する作業流れ図である。
【００３０】
先ず、基材の前処理として、鋼材、すなわちステンレス鋼等の脱脂処理およびＡｌ２  ０３  等を用いたブラスト処理より基材表面の粗面化処理を行う。続いて、ステンレス鋼基材の表面にＳｉＯ２  −Ａｌ２  ０３  から成る下地層を形成するために、酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを塗布被覆後に焼成して皮膜化し、その気孔率を５〜１０％にする。気孔率の調整は、ＳｉＯ２  粒とＡｌ２  ０３  粒の粒度制御によって行う。すなわち粗粒と微粒の存在割合すなわち粒度分布を規定することによって実施できる。そして、焼成後皮膜の気孔率が５％より小さくなると、焼成層の強度は上昇するが耐熱衝撃性が低下して急激な温度変化で基材から剥離することがある。一方、１０％より大きくなると粒子間強度の低下をきたし表面被覆層としての実用強度が得られない。なお、この焼成温度と焼成時間は、例えば図１に示すように、約５５０℃で１時間程度であり、焼成開始時の昇温速度を５００℃／ｈとし、焼成終了時の降温速度を２００℃／ｈとすることで達成される。
【００３１】
次に、酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムおよび焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤から成る複合酸化物皮膜中間層は、前記のように酸化珪素−酸化アルミニウムスラリーを焼成形成して皮膜化した後に、含浸処理、すなわちクロム酸と焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは該水溶液中に浸漬し、その後２５０℃〜６００℃で加熱し焼成することによって形成させ、その気孔率を０．５％以下にする。例えば、この焼成温度と焼成時間は、先と同様に約５５０℃で１時間程度であり、焼成開始時の昇温速度を５００℃／ｈとし、焼成終了時の降温速度を２００℃／ｈとすることで達成される。なお、この気孔率は０．５％を超えると中間層の緻密性が不十分で流体、とくに溶融金属の進入を許す危険性がある。
【００３２】
そして、最外層は、クロム酸および焼結することによって結晶質無機物質を生成する材料であるリン酸塩化合物焼結助剤を含む水溶液を塗布または噴霧もしくは該水溶液中に浸漬した後、２５０℃〜６００℃で加熱し焼成することによって形成させ、その気孔率を０．１％以下にする。この場合に、最外層は水溶液から析出させた結晶質物質であり、顕微鏡組織観察からも気孔率は０．１％以下と判断できる。そして、この焼成温度と焼成時間は、先と同様に約５５０℃で１時間程度であり、焼成開始時の昇温速度を５００℃／ｈとし、焼成終了時の降温速度を２００℃／ｈとすることで達成される。
【００３３】
本発明者等の実験によれば、クロム酸水溶液−リン酸塩化合物水溶液混合物を塗布等の処理を施した場合は、２５０℃〜５５０℃の温度で０．５時間〜２時間加熱すると、水溶液中に含まれる水分は蒸発揮散すると共に微細粒子から成るクロム酸化物は加熱残渣としてＳｉＯ２  −Ａｌ２  ０３  および焼結助剤を含むスラリー焼成体の気孔や亀裂内に充填され、さらに該皮膜表面に生成することが確認された。すなわち、クロム酸は中間体を経てＣｒ２  Ｏ３  （酸化クロム）となり、同時に存在するリン酸塩化合物は水分を放出して結晶質無機物質となる。
【００３４】
（２）はんだ付け装置部材の皮膜構成と性質
図２，図３は、中間層および最外層の結晶性を示すＸ線回折図である。本発明は焼成後結晶性を発現するりん酸塩化合物を用いて焼結し、複合酸化物皮膜を形成することが特徴である。本願の発明者の１人が特許第３４０８５３０号で開示したのは、焼結することによって非晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤からなる複合酸化物皮膜であった。この非晶質無機物質は、気体等の流体に対する環境遮断性に優れているが、溶融金属のエロージョンには必ずしも耐久性を示さなかった。そこで本発明では焼成後結晶性を発現するりん酸塩化合物を用いた。
【００３５】
そして、図２は中間層および最外層の結晶性を示すＸ線回折図である。結晶性のりん酸クロム化合物が認められる。これに対し図３に示すところの特許第３４０８５３０号で開示したものは、焼結することによって非晶質無機物質を生成する材料である焼結助剤からなる複合酸化物皮膜では結晶性はほとんど認められない。
【００３６】
当該水溶液から形成された複合酸化物皮膜は、ＳｉＯ２  −Ａｌ２  ０３  −Ｃｒ２  Ｏ３  系の酸化物材料で構成されているので、非常に硬く耐摩耗性に優れている。また、リン酸塩化合物は結晶質で、皮膜内の気孔および亀裂内に析出し、これを封止している。さらに、焼結助剤として機能し、皮膜構成粒子間の密着性を向上させる。
【００３７】
本発明によれば、微細Ｃｒ２  Ｏ３  の析出とリン酸塩化合物が形成する結晶質物質が、Ｃｒ２  Ｏ３  微粒子間の結合を強めていると考えられる。また、これらの成分は、常温から７５０℃の温度域までは酸素との親和力が大きく熱力学的に安定である。そのため、溶融錫等の溶融金属に対して熱力学的に安定である。
【００３８】
また、複合酸化物皮膜は当該スラリーと当該水溶液形態の出発原料から加熱・焼成によって形成させるため、その表面は平滑で比表面積も小さく、さらに気孔率が小さく緻密な皮膜構造を実現させている。さらに、非晶質ガラスではないので熱衝撃性を有し、溶融金属の接触に対して優れた耐スポーリング性を発揮する。
【００３９】
なお、表１には、本複合酸化物皮膜施工条件を示した。
【００４０】
【表１】
2005254251.tif 000003
【００４１】
図４は、本発明に係る複合酸化物皮膜の断面構造例を示す図である。ここで、１はステンレス鋼製基材、２は複合酸化物皮膜で、３はＳｉＯ２  −Ａｌ２  ０３  下地層、４は複合酸化物皮膜の気孔および亀裂に充填されている酸化クロム−結晶質焼結助剤無機物複合微粒子、５は複合酸化物皮膜の表面を覆っている酸化クロム−結晶質焼結助剤複合微粒子の層を示している。
【００４２】
なお、この断面構造から明らかなように、前記酸化クロム−結晶質焼結助剤無機物複合微粒子４は、その微粒子の複合酸化物皮膜の亀裂内に充填されるとともに、最外層では緻密な状態になっているので、極めて高い環境遮断性を有している。
【００４３】
（３）本部材のはんだ付け装置への適用
はんだ付け装置の構成には、どのようなはんだ付け方法を採るかにより多種類の装置がある。先にも説明したように、プリント配線板と溶融状態のはんだを接触させることで該プリント配線板に被はんだ付け部にはんだを供給してはんだ付けを行う装置には、大別してはんだの噴流を用いるフローはんだ付け装置と、噴流を用いない静止状態のはんだ液面を用いる静止はんだ付け装置とがある。
【００４４】
それらの概要を一瞥するならば、例えば「エレクトロニクスのはんだ付け」（総合電子出版社  昭和５６年７月２０日  第４版）等が参考になる。同文献の「９．はんだ付け機器」の章で例えば第２３０頁の図９．１７に各種の機構が紹介されている。なお、同書で言う「ディップ式」とは先に説明した静止はんだ付け装置のことを意味し、「噴流はんだ式」とは先に説明したフローはんだ付け装置を意味している。
【００４５】
また、同書にも説明されているように、さらに予備加熱装置や冷却装置，フラクサを備え、基板を各工程に順次に搬送するための「基板キャリヤ」や搬送チェーンに基板を保持させるキャリヤレス型の「搬送機構」すなわち搬送コンベアを備えている。
【００４６】
このようなはんだ付け装置の中で、鉛フリーはんだに最も侵食され易いものは、該錫富化鉛フリーはんだを収容して常時接触しているはんだ槽やヒータ、温度センサ（ヒータや温度センサのシース）、等々の主機と、そこに使用されるポンプや吹き口，酸化物除去装置、はんだ揺動装置、等々の補機であり、次に侵食され易いものは一時的ではあるが繰り返し鉛フリーはんだに接触する前記「搬送機構」すなわち搬送コンベアである。つまり、はんだ付け装置において鉛フリーはんだに接触するこれらの部材に本発明の部材が使用されることになる。
【００４７】
図５は、はんだの噴流を形成する装置を説明する図で、その縦断面を示す図である。なお、同図においては、制御装置等の電気系をブロック図で描いてある。また、図６はその全容を示す斜視図である。
【００４８】
すなわち、はんだ槽１１内には槽底や槽壁に沿ってヒータ１２が設けてあり、該はんだ槽１１内に収容されたはんだを加熱して溶融させ、目的とする温度に保持するように構成されている。はんだの温度は温度制御装置３０により制御される仕組みであり、該温度制御装置３０は温度センサ３１の温度検出結果を参照し、はんだの温度が予め指示された温度になるようにヒータ１２に供給する電力を制御する仕組みである。
【００４９】
また、はんだの流れを整えると共に吹き口体１３と電磁ポンプ１４とを連繋するチャンバ体１５が、その吊り下げ部１５ａをはんだ槽１１の上縁部に係止してねじで固定してある。該吊り下げ部１５ａに設けてある把手１６は、はんだ槽１１内からチャンバ体１５や電磁ポンプ１４さらには吹き口体１３をも引き上げる際に使用する部材である。
【００５０】
そして、このチャンバ体１５の一方には電磁ポンプ１４の吐出口１７を嵌合する嵌合孔１８を設けてあり、他方には吹き口体１３を嵌合する嵌合孔１９を設けてある。また、チャンバ体１５内にははんだの流れを整える流れ案内板２０を設けてある。
【００５１】
この電磁ポンプ１４はＡＬＩＰ型で、外部コアと内部コアとの環状の空間、すなわち流路に移動磁界を発生させ、該流路のはんだに推力を与えて移動させ、吐出力および吸い込み力を発生させる仕組みであり、この電磁ポンプ１４の磁界発生用コイル２１と多相交流電源装置３２とを接続し、多相交流電力を電磁ポンプ１４の磁界発生用コイル２１に供給することで前記の移動磁界を発生させる仕組みである。
【００５２】
この多相交流電源装置３２は、コンピュータシステムで構成された制御装置３３により制御され、制御装置３３はキーボード等の指示操作部３４とＬＣＤ等の表示部３５とを備えている。
【００５３】
一方、チャンバ体１５の嵌合孔１９に嵌合された吹き口体１３は、それのみを容易に交換することができるようにスリーブ部を通るねじ２２により固定され、はんだ液面上に固定用のねじを顕現させて交換作業が容易に行えるように構成してある。なお、吹き口体１３の内部に多孔板等により構成された整流手段を設けることもある。ちなみに、このような装置において、鉛フリーはんだの侵食を最も受けやすい部材は、溶融はんだの流速の速い前記電磁ポンプ１４の環状流路と、温度の高いヒータ１２である。
【００５４】
このように、鉛フリーはんだに常に接触している部材や運転中のみに接触する部材、図示はしないが搬送コンベアのように繰り返し鉛フリーはんだに接触する部材が該鉛フリーはんだに侵食される。そこで、これらの各部材に、前述の気孔率の傾斜構造を有し、かつその最外層の気孔率が０．５％以下であるセラミック皮膜を設けたはんだ付け装置部材を用いることで、耐侵食はんだ付け装置を実現することができる。
【００５５】
この気孔率の傾斜構造を有しかつその最外層の気孔率が０．５％以下であるセラミック皮膜を設けたはんだ付け装置部材は、図５および図６に示すはんだ槽１の内表面やヒータ１２の表面、チャンバ体１５、吹き口体１３、電磁ポンプ１４等の鉛フリーはんだに接触する部分に用いる。その他にも、図示はしないが先に説明した搬送コンベアの鉛フリーはんだと接触する部材として用いるとよい。
【００５６】
また、先にも説明したように、電磁ポンプ１４の環状の推力発生流路の表面には流速の速い鉛フリーはんだが接触し、ヒータ１２の表面には該ヒータ１２に接触して伝熱されることでその接触表層に温度の高い鉛フリーはんだが接触している。すなわち、これらの部分は侵食が生じやすくその進行速度も他の部位と比較して速いので、これらの部材として本発明の部材を用いると最も有効に作用する。
【００５７】
すなわち、先に説明したようにしてステンレス鋼等の鋼材の表面に形成された気孔率の傾斜構造を有し、かつその最外層の気孔率が０．５％以下であるセラミック皮膜は、耐熱衝撃性に優れその最外層には実質上鉛フリーはんだが進入する隙間が無い。そのため、従来のセラミック皮膜形成技術で生じていたような鉛フリーはんだの進入による分散的で局部的に生じる侵食が発生しなくなり、鉛フリーはんだ特に錫を９０％以上含有する錫富化鉛フリーはんだを使用しても長期間に渡って安全なはんだ付け作業を行うことができるようになる。
【００５８】
また、本発明のはんだ付け装置部材は、その皮膜表面が結晶質無機物質で構成されているために、ＶＯＣフリーフラックス、例えば水溶性フラックス等の酸性度の強いフラックス液に対しても優れた耐侵食性を有している。そのため、水溶性フラックスが塗布されているプリント配線板をはんだ付けする場合においても、ステンレス鋼表面の皮膜が水溶性フラックスの進入を阻止して侵食を防止することができる。
【００５９】
したがって、ＶＯＣフリーフラックスと鉛フリーはんだを使用したはんだ付け作業に対して、優れた耐性を示すはんだ付け装置を実現できるようになる。ちなみに、はんだ付け実装技術に関する世界的技術革新が現在進行中であり、環境破壊の少ない鉛フリーはんだの採用と温暖化係数の極めて小さいＶＯＣフリーフラックスの採用とが積極的に進行している。すなわち、この発明のはんだ付け実装業界に果たす意義は極めて大きい。
【実施例】
【００６０】
本発明者等は、遠心力型のポンプを備えたはんだ付け装置（日本電熱計器(株)のＦＳＧ型はんだ槽に相当する装置）に錫−３７鉛はんだと錫−３．５銀−０．７５銅はんだ、錫−４銀はんだを使用して、侵食試験を行った。各はんだの温度は、融点の最も高い錫−４銀はんだの作業温度に合わせて全て２８０℃とした。また、加熱溶融時間は標準的な作業時間、すなわち１日８時間とした。
【００６１】
そして、一方には本発明のはんだ付け装置部材、すなわち複合酸化物皮膜を設けた部材により構成したはんだ付け装置を用い、その基材としてＳＵＳ３１６Ｌを用いて、前述のようにこの基材に酸化珪素−酸化アルミニウムおよびリン酸を含むスラリーを塗布・焼成して皮膜を形成した後に、クロム酸とリン酸を主成分とする水溶液中に浸漬し、引き上げた後に４５０℃で１時間の熱処理を行い、これを６回繰り返して複合酸化物皮膜（８０μｍ）を形成したものを用いた。
【００６２】
他方の比較対象のはんだ付け装置には、クロム酸とリン酸を主成分とする水溶液中に浸漬した後に焼成するところの封孔処理は行わないものを用いた。
【００６３】
表２に、浸食試験の結果を示す。
【００６４】
【表２】
2005254251.tif 000004
【００６５】
錫−３７鉛はんだでは、従来のセラミック皮膜を設けたものおよび本発明のセラミック皮膜を設けたものの何れにおいても３年経過しても侵食は見られない。しかし、錫−３．５銀−０．７５銅はんだや錫−４銀はんだ等の錫富化鉛フリーはんだでは、従来のセラミック皮膜を設けたものでは局部的な侵食が１年目で発生し始め、２年目になるとそれが多くの箇所に分散的に発生し、３年目ではシースヒータに侵食孔を生じて漏電を生じたりしはじめるようになり、実質的にはんだ付け装置が使用できなくなった。
【００６６】
一方、本発明のセラミック皮膜を設けたものでは、錫−３．５銀−０．７５銅はんだや錫−４銀はんだ等の錫リッチ鉛フリーはんだを使用して３年経過しても、侵食の発生は見られなかった。
【００６７】
なお、水溶性フラックスを塗布したプリント配線板のはんだ付け作業を想定して、はんだ槽内のはんだ液面に水溶性フラックス１００ｃｍ３  を毎日加えたところ、従来のセラミック層を形成したものでは、いずれも１年以内にはんだ液面とはんだ槽との界面に侵食が発生しているのに対して、本発明の部材を用いたはんだ付け装置では、３年経過後においてもそのような侵食は見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、生活必需品でありインフラでもある電子回路装置をはんだ付け実装するための装置すなわち生産手段であるはんだ付け装置に使用される。そして、侵食性の強い錫富化鉛フリーはんだやＶＯＣフリーフラックスに対して有効な耐性を示し、安心して使用できるはんだ付け装置を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のはんだ付け装置部材の製造方法を説明する作業流れ図である。
【図２】中間層および最外層の結晶性を示すＸ線回折図である。
【図３】中間層および最外層の結晶性を示すＸ線回折図である。
【図４】本発明に係る複合酸化物皮膜の断面構造例を示す図である。
【図５】はんだの噴流を形成するはんだ付け装置を説明する図である。
【図６】図５のはんだ付け装置の全容を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ステンレス鋼製基材
２  複合酸化物皮膜
３  ＳｉＯ２  −Ａｌ２  Ｏ３  下地層
４  酸化クロム−結晶質焼結助剤無機物複合微粒子
５  酸化クロム−結晶質焼結助剤複合微粒子の層
１１  はんだ槽
１２  ヒータ
１３  吹き口体
１４  電磁ポンプ
１５  チャンバ体
１５ａ  吊り下げ部
１６  把手
１７  吐出口
１８，１９  嵌合孔
２０  流路案内板
２１  磁界発生用コイル
２２  ねじ
３０  温度制御装置
３１  センサ
３２  多相交流電源装置
３３  制御装置
３４  指示操作部
３５  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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