(57)【要約】【課題】従来よりも溶融はんだに対する耐食性に優れたはんだ槽およびはんだ付け装置を提供する。【解決手段】本発明のはんだ槽は、溶融はんだを貯留する金属製の容器と、該容器の内面に形成され半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含有する非晶質炭素膜と、を有する。また、本発明のはんだ付け装置は、本発明のはんだ槽と、被はんだ付け部材を保持するとともに、その被はんだ付け部材のはんだ付け部位が容器に貯留された溶融はんだに浸漬するように移動させる保持手段と、を少なくとも有する。  本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置は、容器の表面に溶融はんだと接触する耐食性被膜として上記の添加元素を含む非晶質炭素膜をもち、特に、鉛フリーはんだに対する耐食性に優れる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融はんだを貯留する金属製の容器と、
該容器の内面に形成され半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含有する非晶質炭素膜と、
を有することを特徴とするはんだ槽。
【請求項２】
前記添加元素は、４００℃以下の大気中で酸化物を形成する元素である請求項１記載のはんだ槽。
【請求項３】
前記添加元素は、周期表の３〜８族の元素、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニッケル（Ｎｉ）から選ばれる一種以上である請求項１記載のはんだ槽。
【請求項４】
前記添加元素は、珪素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびニッケル（Ｎｉ）から選ばれる一種以上である請求項３記載のはんだ槽。
【請求項５】
前記非晶質硬質炭素膜は、炭素（Ｃ）を５０〜９０ａｔ％、水素（Ｈ）を１０〜４０ａｔ％、前記添加元素を２〜４０ａｔ％、含む請求項１〜４のいずれかに記載のはんだ槽。
【請求項６】
前記非晶質炭素膜は、さらに５ａｔ％以下の窒素（Ｎ）を含む請求項５記載のはんだ槽。
【請求項７】
前記非晶質炭素膜の硬さは、Ｈｖ１０００〜４０００である請求項１記載のはんだ槽。
【請求項８】
前記非晶質炭素膜の膜厚は、０．１〜３０μｍである請求項１記載のはんだ槽。
【請求項９】
前記容器は、鉄系材料からなる請求項１記載のはんだ槽。
【請求項１０】
前記容器は、ステンレス鋼からなる請求項９記載のはんだ槽。
【請求項１１】
前記容器は、その表層部に鉄を主体とする窒化層を有し、該窒化層上に該非晶質炭素膜を有する請求項９または１０記載のはんだ槽。
【請求項１２】
前記容器の前記非晶質炭素膜が形成された表面の表面粗さが、十点平均粗さで２０μｍ以下である請求項１記載のはんだ槽。
【請求項１３】
前記溶融はんだは、錫（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）を主成分とするＳｎ−Ｐｂ系はんだ、あるいは、Ｐｂを主成分としたＰｂ基はんだである請求項１記載のはんだ槽。
【請求項１４】
前記Ｐｂ基はんだは、Ｐｂ−Ａｇ系はんだ、Ｐｂ−Ｓｂ系はんだ、Ｐｂ−Ｉｎ系はんだおよびＰｂ−Ａｇ−Ｓｎ系はんだから選ばれる高温はんだである請求項１３記載のはんだ槽。
【請求項１５】
前記溶融はんだは、錫（Ｓｎ）を主成分とし鉛（Ｐｂ）を含まない鉛フリーはんだである請求項１記載のはんだ槽。
【請求項１６】
前記溶融はんだの融点は、５００℃未満である請求項１３〜１５のいずれかに記載のはんだ槽。
【請求項１７】
さらに、前記容器内に配設され溶融はんだを加熱する加熱手段を有し、
該加熱手段は、その表面の少なくとも一部に形成された前記非晶質炭素膜を有する請求項１記載のはんだ槽。
【請求項１８】
さらに、前記容器内で溶融はんだを流動させる流動手段を有し、
該流動手段は、その表面の少なくとも一部に形成された前記非晶質炭素膜を有する請求項１記載のはんだ槽。
【請求項１９】
溶融はんだを貯留する金属製の容器と、該容器の内面に形成され半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含有する非晶質炭素膜と、を有するはんだ槽と、
被はんだ付け部材を保持するとともに、該被はんだ付け部材のはんだ付け部位が前記容器に貯留された溶融はんだに浸漬するように移動させる保持手段と、
を少なくとも有することを特徴とするはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融したはんだを貯留するはんだ槽、および、プリント基板などのはんだ付けに使用されるはんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛は、はんだ合金において有用な金属である反面、毒性を有する。電子機器の製造では、ほとんどの場合はんだ付けが行われているが、はんだには、通常、４０重量％以上の鉛が含まれていたため、環境負荷が大きい。そのため、近年では、鉛を含まない鉛フリーのはんだの使用が推奨されている。
【０００３】
鉛フリー化によりはんだから鉛が抜けることで、溶融されたはんだを貯留するはんだ槽や使用中に溶融はんだと接触するはんだ槽の付帯設備を構成する構成部材から、金属元素が溶融はんだに溶け込む現象が顕在化してきた。このような腐食は、金属元素がはんだ溶出することで構成部材が溶損するだけでなく、はんだへ溶出した金属元素によりはんだが汚染されてはんだの品質を低下させる問題がある。
【０００４】
そのため、はんだへ溶出し難く被覆性の高い何等かの耐食性被膜で構成部材の表面を覆い、はんだと構成部材とが直接接触するのを防ぐ必要がある。具体的には、ステンレス鋼からなる従来の構成部材の表面に、窒化処理（特許文献１参照）やクロマイジング処理（特許文献２参照）を施したり、アルミナ等のセラミックス製溶射膜を形成する（特許文献３参照）などして、構成部材に鉛フリーはんだに対する耐食性を付与している。
【０００５】
また、特許文献４では、リフロー方式のはんだ付けに用いられる治具に関し、はんだ付け時にはんだが治具に付着することを防止するために、はんだと接触する治具の表面に、炭素と水素とからなる非晶質炭素（ＤＬＣ：ダイヤモンドライクカーボン）をコーティングしている。なお、リフロー方式によりプリント基板をはんだ付けする際には、プリント基板上にペースト状のはんだを印刷し、その上に実装部品を載置する。その後に熱を加えてはんだを融かすことにより、はんだ付けを行う。
【特許文献１】特開２００５−７４４７８号公報
【特許文献２】特開２００５−９５９１６号公報
【特許文献３】特開２００５−８８０７３号公報
【特許文献４】特開２００４−３２７６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１〜特許文献３に記載されているような表面処理をステンレス鋼に行うことで、鉛フリーはんだに対する耐食性がはんだ槽に付与される。ところが、表面処理を施したステンレス鋼からなるはんだ槽であっても、定期的なメンテナンスが必要であり、また、さらなる信頼性の確保のためには耐食性の高いステンレス鋼の使用は避けられない。そのため、はんだ槽のメンテナンスの頻度を少なくさせたりステンレス鋼に代わる安価な構成部材を使用したりといった経費の低廉、また、はんだ槽の腐食にともなうはんだの汚染を十分に抑制するために、はんだ槽や付帯設備の耐食性の向上が求められている。
【０００７】
すなわち本発明は、上記の実状に鑑みてなされたものであり、従来よりも溶融はんだに対する耐食性に優れたはんだ槽およびはんだ付け装置を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、特許文献４では、はんだ付けの際にはんだ槽を使用しない、リフロー方式のはんだ付けに用いられる治具が開示されている。すなわち、特許文献４は、はんだが溶融してから固化するまでの間に、はんだが治具へ付着することを防止するために、はんだとの濡れ性の低いＤＬＣをコーティングするものであり、溶融したはんだとの接触により生じる溶損の抑制を教えるものではない。また、炭素と水素とからなる従来のＤＬＣでは、はんだの溶融温度が高いと、溶融したはんだと大気との境界付近に位置する従来のＤＬＣは酸化しやすく、損耗が激しい。そのため、はんだ槽に従来のＤＬＣを用いても長期の使用に耐えられないと推測される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のはんだ槽は、溶融はんだを貯留する金属製の容器と、該容器の内面に形成され半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含有する非晶質炭素膜と、を有することを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明のはんだ槽は、溶融はんだを加熱する加熱手段や溶融はんだを流動させる流動手段など付帯的に有してもよく、加熱手段や流動手段などが容器内に配設される場合には、少なくとも溶融はんだと接触する表面に前記非晶質炭素膜を形成してもよい。
【００１１】
また、本発明のはんだ付け装置は、
溶融はんだを貯留する金属製の容器と、該容器の内面に形成され半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含有する非晶質炭素膜と、を有するはんだ槽と、
被はんだ付け部材を保持するとともに、該被はんだ付け部材のはんだ付け部位が前記容器に貯留された溶融はんだに浸漬するように移動させる保持手段と、
を少なくとも有することを特徴とする。
【００１２】
前記添加元素は、４００℃以下の大気中で酸化物を形成する元素であるのが好ましい。さらに、前記添加元素は、珪素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびニッケル（Ｎｉ）から選ばれる一種以上であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置は、耐食性被膜として、溶融はんだを貯留する金属製の容器の内面に非晶質炭素膜（以下「ＤＬＣ膜」と略記）を有する。ＤＬＣ膜は、均一性、密着性、耐摩耗性、耐食性などに優れる。また、ＤＬＣ膜は、気相法で成膜されるため、たとえば塗布法により形成される被膜に比べて高い密着性をもち、欠陥率の低い連続的な膜である。そのため、ＤＬＣ膜は、耐食性被膜として優れる。さらに、ＤＬＣ膜は、はんだとの濡れ性が低い炭素質の膜であるため、仮にＤＬＣ膜に欠陥（たとえば、膜を貫通する孔）があったとしても、孔から容器の表面にはんだが浸食し難い。さらに、ＤＬＣ膜が半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含む場合には、さらに密着性に優れるため、耐食性被膜として優れた効果を発揮する。
【００１４】
添加金属を含まないＤＬＣ膜は、大気中で高温に曝されると酸化が進行して消耗する。ＤＬＣ膜が上記の添加元素を含むと、酸化によるＤＬＣ膜の消耗が抑制される。特に、添加元素が４００℃以下の大気中で酸化物を形成する元素であれば、はんだ槽およびはんだ付け装置の使用中に高温となることによりＤＬＣ膜の表層部で添加元素が酸化し、添加元素の酸化物を含む表面酸化層がＤＬＣ膜の表層部に形成される。表面酸化層が形成されると、ＤＬＣ膜自体の酸化による消耗劣化が効果的に抑制され、耐食性がさらに向上するため好ましい。なかでも、添加元素がＳｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｉから選ばれる一種以上であれば、表面酸化層の形成によるＤＬＣ膜の耐酸化性がさらに向上するため好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置をより詳細に説述するために、以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１６】
本発明のはんだ槽は、溶融はんだを貯留する容器と、容器の内面に形成された非晶質炭素膜（ＤＬＣ膜）と、を有する。
【００１７】
容器は、はんだを溶融状態で貯留できれば、その形状や大きさに特に限定はない。また、容器は金属製であればよく、はんだ槽の容器として一般的に用いられる鉄や鋼の鉄系材料が好ましく、特に、ステンレス鋼が好適である。本発明のはんだ槽は、後に詳説する添加元素を含むＤＬＣ膜を有し、このＤＬＣ膜は耐食性が高いため、容器を構成する金属の種類に特に限定はないが、耐食性に優れるステンレス鋼を用いることにより、信頼性が高まる。
【００１８】
また、はんだ槽にさらなる耐食性を付与するため、鉄系材料からなる容器の表層部に鉄を主体とする窒化層を有するとよい。窒化層は、ＤＬＣ膜を成膜する前に、アンモニアガスなどの窒素含有ガス中で加熱するガス窒化法やグロー放電を利用した窒素プラズマを用いるイオン窒化法により、鉄系材料（容器）の表面から窒素を拡散浸透させることで形成される。これらの窒化法により、鉄を主体とした化合物層もしくは拡散層が、容器の表層部に形成される。窒化層は、少なくともＤＬＣ膜をもつ容器の表面に形成されていればよい。なお、容器の表面のうち、ＤＬＣ膜が形成されていない表面に窒化層が形成されていてもよい。
【００１９】
また、容器の表面のうちＤＬＣ膜をもつ容器の表面の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２０μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは０．２〜１０μｍである。表面粗さが２０μｍを超えると、表面に形成されるＤＬＣ膜に欠陥が生じやすくなり、防食効果が低減するため好ましくない。また、０．２μｍ以上とすることで、ＤＬＣ膜の密着性が向上する。そのため、必要に応じて基材の表面にショットブラストやスパッタリング等の凹凸形成処理を施してもよい。なお、表面粗さの算出方法は、ＪＩＳＢ ０６０１（１９９４）に規定された方法に従う。
【００２０】
ＤＬＣ膜は、容器の内面に形成される。ＤＬＣ膜は、容器の表面のうち、溶融はんだと接触する表面の他、溶融はんだと接触する可能性のある表面に形成される。そのため、溶融はんだが貯留される容器の内面の他、容器の表面全体がＤＬＣ膜で被覆されていてもよい。また、ＤＬＣ膜は、炭素を主成分とするが、半導体および金属から選ばれる一種以上の添加元素を含有することで、密着性が向上する。ここで、半導体元素としては、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）が挙げられる。半導体元素および金属元素の種類としては、ＤＬＣ膜に導入できる元素であれば特に限定はないが、ＤＬＣ膜に導入されやすい添加元素として、周期表の３〜８族の元素、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニッケル（Ｎｉ）等が挙げられ、これらのうちから選ばれる一種以上であるのが望ましい。
【００２１】
また、炭素と水素とからなる通常のＤＬＣ膜は、４００℃程度で酸化による分解が進行することが知られている。そのため、通常のＤＬＣ膜を耐食性被膜として用いると、はんだの融点によっては、溶融された高温の溶融はんだをはんだ槽（容器）で貯留することにより、ＤＬＣ膜のうち酸素と接触する部分から分解が進行する。特に、鉛の含有量が抑えられたはんだには、融点の高いものもあるため、ＤＬＣ膜の酸化が起こりやすい。そこで、ＤＬＣ膜に添加元素を添加することで、酸化によるＤＬＣ膜の消耗を抑制する。添加元素として４００℃以下の大気中で酸化物を形成する元素を用いれば、溶融はんだの熱によりＤＬＣ膜の酸化が進行する前に添加元素が酸化して、ＤＬＣ膜の表層部に添加元素の酸化物を含む表面酸化層が形成される。添加元素としてさらに好ましくは、室温〜４００℃で酸化物を形成する元素である。表面酸化層が形成されると、ＤＬＣ膜と大気中の酸素との接触が妨げられ、酸化によるＤＬＣ膜自体の消耗劣化が抑制される。なかでも、添加元素が珪素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびニッケル（Ｎｉ）から選ばれる一種以上であれば、表面酸化層が形成されやすくＤＬＣ膜の耐酸化性がさらに向上するため好ましい。なお、表面酸化層は、ＤＬＣ膜の全体に形成される必要はなく、溶融はんだの液面付近など少なくとも大気と接する部位に形成されればよい。
【００２２】
このようなＤＬＣ膜は、炭素（Ｃ）を５０〜９０ａｔ％、水素（Ｈ）を１０〜４０ａｔ％、添加元素を２〜４０ａｔ％、含むとよい。なお、いずれの値も、ＤＬＣ膜を１００ａｔ％としたときの含有量である。また、必要に応じて、さらに５ａｔ％以下の窒素（Ｎ）を含んでもよい。
【００２３】
Ｈ含有量が１０ａｔ％未満であるとＤＬＣ膜が剥離しやすく、４０ａｔ％を超えると硬度が低下するため好ましくない。さらに好ましくは、２０〜４０ａｔ％である。
【００２４】
Ｎを含有するＤＬＣ膜は、やや軟質な膜となるが、密着性に優れる。しかし、Ｎ含有量が５ａｔ％をこえると硬度が低下するため好ましくない。さらに好ましくは、０．５〜４ａｔ％である。
【００２５】
また、添加元素が２〜４０ａｔ％の範囲にないと、ＤＬＣ膜の耐酸化性や密着性が低下するため好ましくない。添加元素が２ａｔ％未満では、添加元素の添加による耐酸化性や密着性に対する効果が十分に発揮されないため好ましくない。添加元素が５ａｔ％以上さらには１０ａｔ％以上であれば、表面酸化層が十分な厚さで形成され、ＤＬＣ膜に耐酸化性が十分付与されるため好ましい。なお、表面酸化層は、３〜５００ｎｍさらには１０〜１００ｎｍ形成されるのが好ましい。添加元素が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｉから選ばれる一種以上であれば、成膜後のＤＬＣ膜の表層部には３ｎｍ程度の表面酸化層が存在する。
【００２６】
ＤＬＣ膜の硬さは、特に限定されるものではない。たとえば、ヴィッカース硬さでＨｖ１０００〜４０００であるのが好ましく、さらに好ましくはＨｖ１３００〜３０００である。ＤＬＣ膜の硬さがＨｖ１０００未満ではＤＬＣ膜が損傷しやすく、Ｈｖ４０００を超えるとＤＬＣ膜の内部応力が増大して剥離しやすくなるため、好ましくない。なお、ＤＬＣ膜の各成分の含有量を上記の範囲とすることで、Ｈｖ１０００〜４０００の硬さをもつＤＬＣ膜が得られる。
【００２７】
また、ＤＬＣ膜の膜厚は、０．１〜３０μｍであるのが好ましい。０．１μｍ未満では耐食性被膜としての効果が十分に発揮されず、３０μｍを超えると剥離しやすくなるため好ましくない。
【００２８】
ＤＬＣ膜は、気相法によって成膜が可能である。たとえば、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタリング法など、既に公知のＣＶＤ法、ＰＶＤ法により形成すればよい。特に、後の実施例に示す直流プラズマＣＶＤ法であれば、密着性に優れ欠陥率の非常に低いＤＬＣ膜が得られる。具体的には、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成する場合には、真空容器内に基材を配置して、反応ガスおよびキャリアガスを導入する。そして、放電によりプラズマを生成させ、反応ガス中のプラズマイオン化されたＣ、ＣＨ、Ｓｉ等を基材に付着させ、ＤＬＣ膜を形成する。反応ガスには、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭化水素ガスや水素ガスなどに加え、添加元素がＳｉであればＳｉ（ＣＨ３）４（以下「ＴＭＳ」と略記）、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｆ４等の珪素化合物ガス、添加元素がＣｒであればＣｒ（ＣＯ）６等のクロム化合物ガス、添加元素がＡｌであればＡｌ（Ｏ−ｓｅｃ−Ｃ４Ｈ９）３等のアルミニウム化合物ガス、添加元素がＴｉであればＴｉＣｌ４、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４等のチタン化合物ガス、添加元素がＮｉであればＮｉ（ＣＯ）４等のニッケル化合物ガスを用いればよい。また、キャリアガスにはアルゴンガスを用いればよい。
【００２９】
本発明のはんだ槽は、既に述べたように、溶融はんだを貯留する容器を有するが、その他、容器を加熱するヒータ、容器を取り囲んで配置される断熱材、容器内の温度を検知するセンサ、溶融はんだを容器内に供給する供給口などを付帯的に有してもよい。
【００３０】
さらに、本発明のはんだ槽は、容器内に配設され溶融はんだを加熱する加熱手段を有するのが望ましい。この際、加熱手段は、その表面の少なくとも一部に形成されたＤＬＣ膜を有するとよい。ＤＬＣ膜は、既に説明した上記の添加元素を含むＤＬＣ膜である。加熱手段は、たとえば、ヒータ本体と、ヒータ本体を収容するヒータカバーと、からなり、ヒータ本体に通電するとヒータ本体の発熱によりヒータカバーが加熱され、周囲のはんだに熱が伝播する。この場合、ヒータカバーの外面にＤＬＣ膜を形成することで、ヒータカバーの腐食が抑制される。
【００３１】
さらに、本発明のはんだ槽は、容器内で溶融はんだを流動させる流動手段を有するのが望ましい。流動手段を有するはんだ槽は、噴流はんだ槽などの名称で一般的に知られている。この際、流動手段は、その表面の少なくとも一部に形成されたＤＬＣ膜を有するとよい。ＤＬＣ膜は、既に説明した上記の添加元素を含むＤＬＣ膜である。流動手段は、通常の噴流はんだ槽に用いられているインペラやスクリューなどの機械的なポンプであればよい。この場合、インペラやスクリュー、これらに回転力を伝達するシャフト等の表面にＤＬＣ膜を形成することで、流動手段の腐食が抑制される。
【００３２】
もちろん、上記の加熱手段や流動手段のみならず、容器の内部に配設され、溶融はんだと接触する表面をもつ他の部材にＤＬＣ膜を形成してもよい。たとえば、上述のセンサや供給口は、はんだ槽の使用時に溶融はんだと接触するため、耐食性被膜として添加元素を含むＤＬＣ膜を用いると効果的である。
【００３３】
なお、容器内に貯留するはんだの種類に特に限定はないが、本発明のはんだ槽は、鉛（Ｐｂ）を含有する従来のはんだ組成の他に、特に、鉛を含まない鉛フリーはんだに対して優れた効果を発揮する。従来のはんだとしては、錫（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）を主成分とするＳｎ−Ｐｂ系はんだ、あるいは、Ｐｂ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｂ系、Ｐｂ−Ｉｎ系およびＰｂ−Ａｇ−Ｓｎ系等の高温はんだに代表されるＰｂを主成分としたＰｂ基はんだ、が挙げられる。鉛フリーはんだとしては、錫（Ｓｎ）を主成分とするＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、これらにＡｇ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｉｎ等の元素を添加した合金などが挙げられる。
【００３４】
溶融はんだの融点は、５００℃未満さらには４５０℃未満が好適である。溶融はんだの融点が５００℃以上であると、ＤＬＣ膜の酸化が進行しやすくなるため好ましくない。
【００３５】
また、本発明のはんだ付け装置は、既に詳説したはんだ槽と、被はんだ付け部材を保持するとともに移動させる保持手段と、を少なくとも有する。本発明のはんだ付け装置の一例を図１に模式的に示す。図１のはんだ付け装置は、はんだ槽１０と保持手段２０（図示せず）とから構成される。
【００３６】
はんだ槽１０は、金属製で上部に開口を有する容器１１と、容器１１の開口を覆う蓋板１２と、を有する。容器１１には、溶融はんだＭが貯留される。また、蓋板１２には、蓋板１２を厚さ方向に貫通する噴出口１３が形成されている。噴出口１３からは、後述の流動手段４０により流動された溶融はんだＭが、常に同じ高さで噴出する。
【００３７】
容器１１内には、加熱手段３０および流動手段４０が配設される。加熱手段３０は、電源３１と、容器内に配設され容器外の電源３１に結線されるヒータ本体３６と、ヒータ本体３６の外側を覆うように位置しヒータ本体３６の熱を溶融はんだＭに伝播させるヒータカバー３７と、からなる。また、流動手段４０は、溶融はんだＭを流動させるインペラ４１と、モータ４６と、モータ４６の駆動力をインペラ４１に伝達するシャフト４９と、からなる。
【００３８】
保持手段２０は、被はんだ付け部材８０を保持するとともに移動させる。被はんだ付け部材８０は、たとえば、プリント基板８１にリードタイプの部品８２を挿通して固定し、プリント基板８１の下面を溶融はんだＭに浸漬させることではんだ付けされる。すなわち、保持手段２０は、被はんだ付け部材８０を保持し、プリント基板８１の下面に位置するはんだ付け部位８７が容器１１に貯留された溶融はんだＭに浸漬するように移動（図１の矢印Ｘ方向）させる。
【００３９】
この際、保持手段２０は、その表面の少なくとも一部に形成され溶融はんだと接触するＤＬＣ膜を有するとよい。ＤＬＣ膜は、炭素と水素とからなるＤＬＣ膜の他、既に説明した添加元素を含むＤＬＣ膜であってもよい。保持手段がはんだとの濡れ性が低いＤＬＣ膜を有することで、はんだ付け部材を溶融はんだに浸漬させるときに発生する、溶融はんだの付着を防止することができる。
【００４０】
なお、本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置は、上記の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置の効果を損なわない程度であれば、他の機能を追加するために必要に応じて別の構成を追加してもよい。
【００４１】
また、本発明は、耐酸化性を有するＤＬＣ膜で溶融はんだによる浸食を防止するものであり、はんだ付けされる部材に使用される治具あるいははんだ付けされた部材の運送装置など、溶融はんだと接触して浸食を受ける可能性のある部品についても適用されることは言うまでもない。
【実施例】
【００４２】
次に、実施例を挙げて本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置をより具体的に説明する。はじめに、本実施例で用いた直流プラズマＣＶＤ成膜装置（「ＰＣＶＤ成膜装置」と略記）とＤＬＣ膜の形成手順を図２を用いて説明する。
【００４３】
［ＰＣＶＤ成膜装置およびＤＬＣ膜形成手順］
図２に示すように、ＰＣＶＤ成膜装置９は、ステンレス製のチャンバー９０と、基台９１と、ガス導入管９２と、ガス導出管９３とを備える。ガス導入管９２は、バルブ（図略）を介して各種ガスボンベ（図略）に接続される。ガス導出管９３は、バルブ（図略）を介してロータリーポンプ（図略）および拡散ポンプ（図略）に接続される。
【００４４】
基材１００は、チャンバー９０内に設置された基台９１の上に配置される。基材１００を配置したら、チャンバー９０を密閉し、ガス導出管９３に接続されたロータリーポンプおよび拡散ポンプにより、チャンバー９０内のガスを排気する。
【００４５】
基材１００にＤＬＣ膜を形成する際には、はじめに、チャンバー９０内にガス導入管９２から水素ガスとアルゴンとの混合ガスを導入する。下記の実施例では、水素ガスを３０ｓｃｃｍ(standard cc/min）、アルゴンガスを３０ｓｃｃｍ導入し、ガス圧を約４００Ｐａとした。その後、チャンバー９０の内側に設けたステンレス製陽極板９４と基台９１との間に直流電圧を印加すると、放電が開始する。下記の実施例では、４５０Ｖの直流電圧を印可し、イオン衝撃により基材１００の温度を５００℃まで昇温させた。次に、ガス導入管９２から、ＴＭＳガス、メタンガス、ベンゼンガス、水素ガス、アルゴンガス、必要に応じて窒素ガスを含む混合ガスを所定の流量で導入する。その後、チャンバー９０の内側に設けたステンレス製陽極板９４と基台９１との間に所定の電力を印加すると、放電９５が開始し、基材１００の表面にＤＬＣ膜が形成される。下記の実施例では、導入する各ガスの流量を変更することでＤＬＣ膜組成の異なる試験片を作製した。この際、圧力：約４００〜５３３Ｐａ、電圧：４００〜５００Ｖ（電流：０．５〜１Ａ）、温度：５００℃で成膜した。成膜時間は、膜厚に応じて制御した。
【００４６】
［実施例１］
実施例１では、基材１００としてステンレス鋼製の６枚の板材の表面に、それぞれ異なる組成をもちＳｉを含有するＤＬＣ膜を形成して、試験片Ａ〜Ｆを作製した。また、比較例として、市販のＰＶＤ装置を用いた物理的蒸着により、同じ板材の表面にＳｉを含まないＤＬＣ膜を形成した試験片Ｇを作製した。
【００４７】
試験片Ａ〜Ｇは、上記のＤＬＣ膜の形成手順に従って作製した。基材１００としてはステンレス鋼（ＳＵＳ３１０）製の板材（５０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ、表面の十点平均粗さ２μｍＲｚ）を用いた。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の形成の際には、チャンバー９０内に反応ガスおよびキャリアガスからなる混合ガスを表１に示す流量［ｓｃｃｍ］で導入した状態で放電を開始させた。得られた試験片Ａ〜ＧのＤＬＣ膜の膜組成［ａｔ％］および膜厚［μｍ］を表２に示す。
【００４８】
なお、表２において、ＤＬＣ膜中のＳｉ含有量は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）およびラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により定量した。また、Ｈ含有量は、弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）により定量した。ＥＲＤＡは、２ＭｅＶのヘリウムイオンビームをＤＬＣ膜表面に照射して、被膜からはじき出される水素を半導体検出器により検出し、ＤＬＣ膜中の水素濃度を測定する方法である。
【００４９】
［評価１］
実施例１の試験片Ａ〜Ｆおよび比較例の試験片Ｇについて、大気中に３６０℃で２時間放置した後の試験片の単位面積当たりの重量変化を測定した。はじめに、ＤＬＣ膜を形成した後の試験片の重量（Ｗ０）を測定した。次に、その試験片を大気中に３６０℃で２時間放置した後の重量（Ｗ１）を測定した。表２の重量変化量は、
重量変化量［mg/cm２］：ΔＷ＝Ｗ１−Ｗ０  
から求められる。
【００５０】
【表１】
2007283331.tif 000003
【００５１】
【表２】
2007283331.tif 000004
【００５２】
表２の重量変化量からわかるように、試験片Ａ〜ＥではＤＬＣ膜の重量の減少はなかったが、試験片Ｆおよび試験片ＧではＤＬＣ膜の重量は減少した。特に、Ｓｉを含まないＤＬＣ膜を有する試験片Ｇでは、重量の減少率が著しく大きかった。Ｓｉを含むＤＬＣ膜を有する試験片Ａ〜ＦではＳｉ含有量が増加するほどＤＬＣ膜の重量の減少が抑制され、試験片Ａ〜ＣではＤＬＣ膜の重量は増加した。試験片Ａ〜Ｃにおいて、試験後のＤＬＣ膜の重量が増加したのは、添加元素であるＳｉの酸化物を含む表面酸化層がＤＬＣ膜の表層部に形成されたためである。すなわち、試験片Ａ〜ＣのようにＳｉ含有量が高いＤＬＣ膜は耐酸化性に優れるため、試験片Ａ〜Ｃは耐食性に優れる。
【００５３】
なお、図３に、試験後の試験片Ｂについて、ＤＬＣ膜の表面から１００ｎｍの深さまでオージェ電子分光法により分析した分析結果を示す。試験片Ｂでは、表面から約１０ｎｍの厚さでＳｉの濃化した表面酸化層が形成されたことがわかった。
【００５４】
また、試験片Ｄ〜Ｆでは、ＤＬＣ膜の重量増加はなかったものの、ＤＬＣ膜の酸化による消耗が抑制された。すなわち、Ｓｉが含まれるＤＬＣ膜は耐酸化性をもち、このようなＤＬＣ膜は、高温での使用時に耐食性被膜として優れた効果を発揮する。
【００５５】
［実施例２］
実施例２では、基材１００としてステンレス鋼製の板材の表面にＳｉを含有するＤＬＣ膜（以下「ＤＬＣ−Ｓｉ膜」と略記）を形成した。実施例２の試験片は、上記のＤＬＣ膜の形成手順に従って作製された。基材１００としては、その表面をエメリー紙で＃１５００まで研磨したステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）製の板材（５０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いた。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の形成の際には、チャンバー９０内にＴＭＳガス：５ｓｃｃｍ、メタンガス：５０ｓｃｃｍ、水素ガス：５０ｓｃｃｍの流量で導入した状態で放電を開始させ、膜厚が２〜３μｍとなるように成膜時間を制御した。こうして得られた試験片２のＤＬＣ−Ｓｉ膜の組成を上記の各測定方法により測定した結果、Ｈ含有量：２７ａｔ％、Ｓｉ含有量：２２ａｔ％であって、残部はＣであった。
【００５６】
［評価２］
試験片２について、鉛フリーはんだによる浸漬試験を行った。浸漬試験は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金（単位は重量％）と試験片２をアルミナ坩堝に入れ、４００℃に保持した電気炉内で１０日間放置して行った。なお、用いたはんだ合金の融点は２１７℃であり、試験片２は溶融はんだに浸漬した。
【００５７】
また、比較例として、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成しない他は本実施例と同様にして作製した比較試験片を準備し、同じ条件で浸漬試験を行った。
【００５８】
浸漬試験の終了後に溶融はんだから引き上げられた試験片２および比較試験片を図４に示す。ＤＬＣ−Ｓｉ膜をもつ試験片２が溶融はんだから引き上げられる際には、試験片２の表面が溶融はんだをはじき、濡れ性が悪い様子が見られた。また、試験片２の表面には、はんだによる浸食を受けた形跡は見られなかった（図４左図）。一方、比較試験片が溶融はんだから引き上げられる際には、比較試験片の表面が溶融はんだで濡れており、はんだと板材が反応している様子が確認できた（図４右図）。すなわち、表面にＤＬＣ−Ｓｉ膜が形成されることで、板材に高い耐食性が付与された。
【００５９】
［実施例３］
基材１００として窒化処理を施したステンレス鋼製の板材を用いた他は実施例２と同様にして実施例３の試験片（試験片３）を作製した。
【００６０】
基材１００には、その表面をエメリー紙で＃１５００まで研磨したステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の板材（１００ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍ）を用いた。窒化処理は、窒素ガス、酸素ガスおよびアンモニアガスを導入した真空炉内で、研磨された板材を加熱し、５２０℃で４時間保持することにより行った。この窒化処理により、窒化深さが１８μｍの窒化層が形成された。また、本実施例では、窒化層の表面に軽いショットブラストを施し、最表面の酸化層や汚れを落としてからＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した。
【００６１】
［評価３］
試験片３について、鉛フリーはんだによる浸漬試験を行った。浸漬試験は、４００℃に保持されたアルミナ坩堝内で溶融したＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金に試験片２を半没状態で浸漬させ、試験片２に上下方向（溶融はんだの液面に対して垂直方向）の揺動を繰り返し加えて行った。
【００６２】
また、比較例として、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成しない他は本実施例と同様にして作製した比較試験片を準備し、同じ条件で浸漬試験を行った。
【００６３】
最表面に窒化層をもつ比較試験片では、試験開始から８６時間後に目視で確認できるピット状の浸食痕が確認でき、その後も、時間の経過にともなって浸食が拡大していった。一方、窒化層上にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した試験片３では、１５００時間経過しても表面に腐食の状態は確認されなかった。すなわち、窒化処理された板材の表面にＤＬＣ−Ｓｉ膜が形成されることで、耐食性が大きく向上した。
【００６４】
［実施例４］
板材のサイズおよびＤＣＬ−Ｓｉ膜の膜厚を変更した他は実施例３と同様にして、実施例４の試験片（試験片４）を作製した。板材のサイズは、１５０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍとした。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の膜厚は、４〜５μｍとした。また、試験片４とは別に、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成しない他は本実施例と同様にして作製した比較試験片を準備した。
【００６５】
［評価４］
試験片４および比較試験片について、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金を使用する実際のはんだ付け装置のはんだ槽内で耐食試験を行った。耐食試験は、溶融はんだを貯留する容器の内面であって、流動手段により流動する溶融はんだのはんだ流が当たる壁面に、試験片４および比較試験片を並べて固定した状態で行った。はんだ槽の溶融はんだの温度は、加熱手段を制御することにより２５０℃に保たれた。試験片４および比較試験片を定期的に容器から引き上げて、表面の状態を観察した。
【００６６】
最表面に窒化層をもつ比較試験片では、試験開始から約５９５０時間（約８．３ヶ月）で目視で確認できるピット状の浸食痕が確認された。一方、窒化層上にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した試験片４では、７０００時間経過しても表面に腐食の状態は確認されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のはんだ槽およびはんだ付け装置の一例を示す説明図である。
【図２】実施例に用いた直流プラズマＣＶＤ成膜装置を示す説明図である。
【図３】実施例１の試験片Ｂについて、大気中３６０℃で２時間放置した後のＤＬＣ膜を、その表面から１００ｎｍの深さまでオージェ電子分光法により分析した分析結果を示すグラフである。
【図４】鉛フリーはんだによる浸漬試験終了後の試験片２および比較試験片の状態を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
【００６８】
１０：はんだ槽
１１：容器
２０：保持手段
３０：加熱手段
３１：電源        ３６：ヒータ本体   ３７：ヒータカバー
４０：流動手段
４１：インペラ           ４５：シャフト     ４６：モータ
８０：被はんだ付け部材
【図１】
2007283331.tif 000005
【図２】
2007283331.tif 000006
【図３】
2007283331.tif 000007
【図４】
2007283331.tif 000008