(57)【要約】【課題】  線材はんだの製造速度の阻害要因の粗大Ｚｎ結晶や反応物を平易かつ安価な手段によって破壊縮小し、当該製造速度の阻害要因に成らないようにした線材はんだの製造方法の提供。【解決手段】  ＰｂフリーのＺｎおよびＳｎ主体のはんだ材料を押出加工して線材にするとき、円筒型材料のマザービレット断面積より２０％〜８０％小さい断面積のキャリヤービレットになるように、押出速度０．１〜１ｍｍ／ｍｉｎ．で予備押出し、以下多段の縮径押出手段により所望の線径の線材はんだを得るようにすることを特徴とする線材はんだの製造方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰｂフリーのＺｎおよびＳｎ主体のはんだ材料を押出加工して線材にするとき、円筒型材料のマザービレット断面積より２０％〜８０％小さい断面積のキャリヤービレットになるように、押出速度０．１〜１ｍｍ／ｍｉｎ．で予備押出し、以下多段の縮径押出手段により所望の線径の線材はんだを得るようにすることを特徴とする線材はんだの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の円筒型材料のマザービレットの断面積に対する予備押出のキャリヤービレットの断面積の面積比は約４０％、押出加工の押出速度は１ｍ／ｍｉｎ．であることを特徴とする請求項１記載の線材はんだの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の材料の組成比はＺｎ  ８〜５０重量％、Ｓｎ  ９２〜５０重量％、を主剤とし、これに他の物質を配合して成ることを特徴とする請求項１記載の線材はんだの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の他の物質は、ＺｎとＳｎとの和を１００として、Ｂｉ  ０．１〜３０部、Ｓｂ  ０〜５部、Ａｇ  ０．０１〜５部、Ｉｎ  ０．１〜２０部、Ｃｕ  ０．５〜３部及びそれらの合金のそれぞれ単独又は複数混合して成ることを特徴とする請求項３記載の線材はんだの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錫（Ｓｎ）−亜鉛（Ｚｎ）を主剤とした鉛（Ｐｂ）フリーの線材はんだの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
はんだ合金は各種金属の接合の為に広く使われており、その中でもＰｂ−Ｓｎ系はんだは相互連結材として、電気的に、熱的に、機械的に回路構成要素を結合するものとして生産性と濡れ挙動の良さからエレクトロニクスにおける代表的な接合技術として利用されて来た。しかし近年回路の構成要素の密度が増大し、消費電力も増大したためより強度を求められて合金組織微細化と経時変化を少なくする為、金属間化合物の成長を抑制出来るはんだが求められてきている。加えて環境と健康面から有毒な重金属のＰｂによる環境汚染に対して世界規模の法規制の動きが１９９０年以降活発になって来ており、それらの動きを受けてＰｂフリーはんだ開発及びその採用が加速されてきた。
【０００３】
ところで、Ｐｂフリーはんだとしては、
（１）作業性
（２）物性
（３）コスト、資源面
などから提案がなされてきている。
【０００４】
上記の（１）については、
（イ）液相線温度が２４０℃以下
（ロ）固相線温度が１７０〜１９０℃
（ハ）はんだ付け性良好
（ニ）脂入り線状はんだでは塑性加工性（脂入り時割れない、伸線時切断しない）
（２）としては、振動試験等の目標が設定されて来ている。特に（３）のコスト、資源に関しては１９９８年１月に公表された「鉛フリーはんだ実用化のためのロードマップ」に記載されているＳｎ−Ｚｎ系が重要目標の一つと考えられる。Ｓｎ−Ｚｎ系Ｐｂフリーはんだについても提案が多々為されてきている。
【０００５】
又、線材はんだ製造方法としては、
（イ）圧延法
（ロ）スウェージング法
（ハ）押出法
等があるが、押出法では、
（ａ）原材料を通常口径５０ｍｍφの円筒に鋳造
（ｂ）押出成形機で通常５ｍｍφに縮径押出成形
（ｃ）多段のダイスを経て所定の線径に成形
の３段階の工程で線材はんだを製造しているが、（ｂ）の工程で得られる約５ｍｍφの線材はんだの表面状態も含んで均一、均質でないと、次の（ｃ）工程での均一、均質な線材はんだの安定した製造が出来ない。
【特許文献１】特開昭５７−１２１８９６号公報
【特許文献２】特開平０６−３４４１８１号公報
【特許文献３】特開平０９−２１６０８９号公報
【特許文献４】特開平１０−０２４９５７号公報
【特許文献５】特開平１１−０５８０６５号公報
【特許文献６】特開平１１−０８０８６４号公報
【特許文献７】特開平１１−１５１５１９号公報
【特許文献８】特開平１２−０１５４７６号公報
【特許文献９】特開平１２−０５８３７０号公報
【特許文献１０】特開平１２−２１０７８８号公報
【特許文献１１】特開平１３−３４７３９４号公報
【非特許文献１】「鉛フリーはんだ付け技術」  工業調査会  Ｐ２３〜４２、Ｐ１１３〜１２０、Ｐ１７５〜１８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した押出法の（ｂ）工程では４０％−６０％を中心とした組成のＰｂ−Ｓｎ系はんだの製造速度は１５ｍ／ｍｉｎ．以上が得られるが、８〜５０％−９２〜５０％組成のＺｎ−Ｓｎ系はんだでは１０ｍ／ｍｉｎ．以下しか得られない。約５ｍｍφの均一、均質なＺｎ−Ｓｎ系線材はんだがＰｂ−Ｓｎ系並みに押出成形出来ない理由はＰｂとＺｎとの（イ）結晶構造、（ロ）溶融温度、（ハ）比重、（ニ）比熱、（ホ）融解熱、（ヘ）イオン化傾向、反応性等の基礎物性差異が考えられる。押出法の（ａ）工程の原材料を円筒に鋳造する時に、Ｚｎ−Ｓｎ系では上述の差異が複合的に影響しあってＰｂ−Ｓｎ系に比べＺｎの大きい結晶が生成した上にＺｎの高活性による酸化物等の発生量が多くなり、大きい結晶や多い酸化物等が（ｂ）工程で５ｍｍφに縮径される時に小さく成り切れず押出された線材の表面の荒れになったり、線材破断の原因の不均一、不均質になっていると考えられる。Ｚｎの大きい結晶の生成を軽減する為に種々の添加物を添加することが提案されているが、それだけでは前述した（１）作業性（２）物性（３）コスト、資源面の必要条件を満たしながら線材の表面の荒れや線材破断を減少する事が出来なかった。
【０００７】
Ｚｎの大きい結晶の生成を円筒成形時の冷却速度を大きくする事で防止する事も考えられるが、円筒径が小さい時は効果があるが円筒径が小さいと生産性が得られなくなる。又Ｚｎの高反応性による酸化物等反応物を軽減するために原材料の純度を上げるとか還元ガス、不活性ガス又は真空中で鋳造する事も考えられるがコスト上昇、工程数増加等を生じる。
【０００８】
本発明は上述の状況に鑑み、当該製造速度の阻害要因解決の手段を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成を備えることにより、上記課題を解決できる。
【００１０】
（１）ＰｂフリーのＺｎおよびＳｎ主体のはんだ材料を押出加工して線材にするとき、円筒型材料のマザービレット断面積より２０％〜８０％小さい断面積のキャリヤービレットになるように、押出速度０．１〜１ｍｍ／ｍｉｎ．で予備押出し、以下多段の縮径押出手段により所望の線径の線材はんだを得るようにすることを特徴とする線材はんだの製造方法。
【００１１】
（２）前項（１）記載の円筒型材料のマザービレットの断面積に対する予備押出のキャリヤービレットの断面積の面積比は約４０％、押出加工の押出速度は１ｍ／ｍｉｎ．であることを特徴とする前項（１）記載の線材はんだの製造方法。
【００１２】
（３）前項（１）記載の材料の組成比はＺｎ  ８〜５０重量％、Ｓｎ  ９２〜５０重量％、を主剤とし、これに他の物質を配合して成ることを特徴とする前項（１）記載の線材はんだの製造方法。
【００１３】
（４）前項（３）記載の他の物質は、ＺｎとＳｎとの和を１００として、Ｂｉ  ０．１〜３０部、Ｓｂ  ０〜５部、Ａｇ  ０．０１〜５部、Ｉｎ  ０．１〜２０部、Ｃｕ  ０．５〜３部及びそれらの合金のそれぞれ単独又は複数混合して成ることを特徴とする前項（３）記載の線材はんだの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、線材はんだの製造速度の阻害要因の粗大Ｚｎ結晶や反応物を平易かつ安価な手段によって破壊縮小し、当該製造速度の阻害要因に成らないようにすることが出来、かつ安価な手段にも拘らず、線材の表面が荒れたり、線材破断が発生しない範囲で予備押出をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
線材にするはんだ合金の組成はＰｂフリーであり、経済性、資源供給性が高く基礎物性上Ｐｂ−Ｓｎ系に近いＳｎ−Ｚｎ系を使用。（イ）液相線温度２４０℃以下（ロ）固相線温度１７０〜１９０℃になるように、又Ｓｎを濡れ性、はんだ付け温度確保の為に５０％〜９２重量％、Ｚｎをｍｐ低下、機械的強度を得る為に５０〜８重量％としさらに機械強度改善の為の微細構造に寄与するＢｉを０．１〜３０部、Ｓｂを０〜５部、其の他の改良添加剤としてＡｇ（濡れ性、延性）を０．０１〜５部、Ｉｎ（濡れ性、接合強度、ｍｐ低下）を０．１〜２０部、Ｃｕ（接合強度、Ｃｕの食われ防止）を１〜３部、を単独又は混合添加した。
【００１６】
上述した原材料を４００〜６００℃溶解、通常使用する５０ｍｍφ円筒型のビレットより大口径の金型に注入、外部より冷却水で冷却しマザービレットを得た。
【００１７】
以上の条件で鋳造した通常使用する５０ｍｍφ円筒型のビレットより大口径のマザービレットを５０ｍｍφキャリヤービレットに縮径し押出成形してから従来法の上述したように押出法（ｂ）段階で５ｍｍφに縮径押出成形したところ、予備縮径押出を行なわない時に比べて表面荒れのない、破断のない安定製造速度が１．５〜２．０倍となった。
【実施例１】
【００１８】
（イ）主原材料Ｚｎ２０重量％、Ｓｎ８０重量％に組成強度を得る為の組織微細化とか、Ｃｕ食われ防止の為にＳｂとＣｕを１部添加し６００℃で溶解すると共に８０ｍｍφ×３７０ｍｍＬの鋳造成形用鋳型に注入、冷却水中で１２０秒冷却後取出し、両端面を垂直面に切裁、３４０ｍｍＬでカットしマザービレットＡを得た。
【００１９】
（ロ）図１は冷間押出機（Ｃｏｌｄ  Ｅｘｔｒｕｄｅｒ）の要部を示すもので、１は予備縮径する押出ダイスで、中央孔２を穿ったダイスホルダー３の中央に嵌合され、スペーサー４を介してマザービレットＡを挿通できる挿通孔５を有する高圧シリンダー６が連結されている。７は前記高圧シリンダー６の挿通孔５内を前後に移動するピストンを示す。そして、図示では挿通孔５の内径はマザービレットＡの外径と同じ同径の８０ｍｍφとして形成すると共に、前記押出ダイス１は５０ｍｍφとして形成することにより、約６０％に縮径できると共に、断面積比で約４０％に縮小できる構造としてある。
【００２０】
（ハ）図１に示す冷間押出機を用い、断面の５０ｍｍφダイスを使用し、８０ｍｍφ中のマザービレットＡをピストン７を用いて５０ｍｍφの縮径を行なった。得られたビレット表面の荒れがなく、又破断も起こらなかった押出ピストン７の移動速度は、最大１．０ｍ／ｍｉｎ．であった。なお、使用油圧式押出プレス機の最大押出圧２００Ｔ、シリンダー径３１０ｍｍφであった。
【００２１】
処で予備縮径速度が０．１〜１ｍ／ｍｉｎ．では良好な結果が得られたが０．１ｍ／ｍｉｎ．以下では顕著な予備押出効果は得られなかった。
【００２２】
（ニ）（ハ）で縮径された予備縮径押出品（キャリヤービレット）を通常の縮径押出機を用いて５０ｍｍφの径を５ｍｍφ縮径押出で成形を行なった。使用油圧式押出プレス機の最大押出圧１５０Ｔ、シリンダー径２５０ｍｍφであった。
【００２３】
（ホ）得られた線状はんだを更に線径の細いはんだに通常条件で２次加工したところ正常に加工出来た。
【実施例２】
【００２４】
（イ）主原材料Ｚｎ  ８〜５０重量％、Ｓｎ  ９２〜５０重量％にＢｉ  ０．１〜３０重量部、Ｓｂ  ０〜５重量部、Ａｇ  ０．０１〜０．５重量部、Ｉｎ  ０．１〜２０重量部、Ｃｕ  ０．５〜３重量部の１種類又は多種類及びそれぞれを組み合わせた合金を１〜３０部添加、４００〜６００℃で溶解、８０ｍｍφ×３７０ｍｍＬの鋳造成形用鋳型に注入、冷却水で外部より冷却、冷却１２０秒後鋳型より取出し端面の平面性を得る為、両端面をカットし３４０ｍｍＬとした。
【００２５】
（２）その後図１に示したような断面の５０ｍｍφダイスを用い押出速度０．１〜１ｍ／ｍｉｎ．、断面積の面積比２０〜８０％、特に８０ｍｍφから５０ｍｍφの予備縮径押出を行い、表面状態の良いキャリヤービレットを破断なしで得た。その後通常の５０ｍｍφから５ｍｍφの縮径押出を行なったところ、破断がなく、表面状態の良い線状はんだが得られる安定押出速度は予備縮径押出速度０．１〜１ｍ／ｍｉｎ．のもので１２〜２０ｍ／ｍｉｎ．が得られた。得られた線状はんだを更に線径の細いはんだに通常条件で２次加工したところ正常に加工出来た。
【比較例】
【００２６】
（１）主原料、添加剤は実施例と同じとし、予備押出速度１ｍ／ｍｉｎ．以上では５０ｍｍφから５ｍｍφ縮径押出では押出物の表面に面荒れ、線状はんだの切断が発生した。
【００２７】
（２）主原料、添加剤は実施例に同じとし、予備押出なしで行った処５０ｍｍφから５ｍｍφ縮径押出で面荒れ、切断のない安定した押出速度は８〜１０ｍ／ｍｉｎ．しか得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
主原料Ｚｎ２０〜５０％、Ｓｎ８０〜５０％に機能添加剤Ｂｉ  ０．０１〜３０部、Ｓｂ  ０〜５部、Ａｇ  ０．０１〜０．５部、Ｉｎ  ０．１〜２０部、Ｃｕ  ０．５〜３％、Ａ１  ０．０１〜０．５％等及びそれらの合金の単独又は複数を添加、４００〜６００℃で加熱、溶解。縮径押出の断面積の１／０．２〜１／０．８倍の断面積のマザービレットを鋳造、予備押出することによって最終径の線状はんだが表面荒れ、破断なく１．５〜２．０倍の安定製造速度で得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明に使用する冷間押出機の要部の一例を示す断面図
【符号の説明】
【００３０】
１  押出ダイス
３  ダイスホルダー
５  マザービレット挿通孔
６  高圧シリンダー
７  ピストン
【図１】
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