(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇ２．０〜５．０％ｗｔ、Ｃｕ０．５〜１．５％ｗｔ、および残量が錫よりなるはんだに、別途バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを添加してなることを特徴とする熱間押出し加工性改良はんだ。
【請求項２】
Ａｇ２．０〜５．０％ｗｔ、Ｃｕ０．５〜１．５％ｗｔ、Ｂｉ２．５〜１０．０％ｗｔおよび残量が錫よりなるはんだに、別途バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを添加してなることを特徴とする熱間押出し加工性改良はんだ。
【請求項３】
Ｃｕ０．５〜１．５％ｗｔ、および残量が錫よりなるはんだに、別途バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを添加してなることを特徴とする熱間押出し加工性改良はんだ。
【請求項４】
Ｓｂ３．０〜１０．０％ｗｔ、および残量が錫よりなるはんだに、別途バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを添加してなることを特徴とする熱間押出し加工性改良はんだ。
【請求項５】
Ｂｉ３．０〜５８．０％ｗｔ、および残量が錫よりなるはんだに、別途バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを添加してなることを特徴とする熱間押出し加工性改良はんだ。
【請求項６】
Ｐｂ５．０〜９５．０％ｗｔ、Ｂｉ３．０〜５０．０％ｗｔ、および残量が錫よりなるはんだに、別途バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを添加してなることを特徴とする熱間押出し加工性改良はんだ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ付け用のはんだに関するものであり、詳しくは、はんだ用の金属または合金に微量の元素を添加することにより、その塑性加工性を改善した加工性改良はんだに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
はんだによる電気・電子機器・部品の組み立てには、一般にはんだ槽に溶解されているはんだ、或いは溶融噴流させたはんだに、フラックスを塗布した被はんだ付け物を浸漬することによってはんだ付けする、いわゆる浸漬はんだ付け法や、被はんだ付け部に加熱用のはんだコテを当てがい、そこに線状はんだ（一般にやに入り）を供給してはんだ付けする、いわゆるコテ付け法や、或いは板状・リング状等に成形されたはんだを所定の被はんだ付け部に乗せ、または挟み、それを加熱炉や熱板上で加熱してはんだ付けする、いわゆる置きロー付け法がある。
【０００３】
また近時、小型電子機器の組み立てに多用されている表面実装法では、はんだを粉末状に加工し、それをフラックスと混練りしてクリーム状のはんだを調製し、そのクリームはんだをプリント基板の必要部分に塗布してその上に部品を搭載した後、トンネル炉（リフローはんだ付け装置）に通してはんだ付けする、いわゆるリフローはんだ付け法等が適用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来一般に使用されている錫・鉛合金のはんだの場合には、浸漬はんだ付け用の塊状或いは棒状はんだの加工は当然のこととして、コテ付け用のやに入り線状はんだの押出し・細線化加工や、置ロー付け用の各種微小成形はんだの圧延・打抜き加工等において、現時点においては殆ど加工上に困難な問題はない。しかしながら近い将来、更なる電子機器の高密度化・微小化の伸展に伴い、はんだのより微細加工が要求され、その傾向は益々高度化していくことが予想され、この場合はんだを形成する金属および合金の種類によっては、その加工性が大変悪く、目的の形状に加工し難いものも生じる。
【０００５】
また、最近、地球環境保全の観点から国際的な問題として浮上しているはんだ中の鉛による水質汚染を防止するための鉛フリーはんだや、高密度・微小電子部品の耐熱性の問題から、低温ではんだ付けする為の低温はんだ等では、加工性の良い錫・鉛系だけではなく、脆く加工性の悪い錫・ビスマス系の合金や、硬い錫・銀或いは錫・銅系の合金等を利用せざるを得ない情況となってきている。この場合、従来技術では押出し加工・微細伸線加工・圧延箔状加工等が極めて困難となり、形状寸法によっては加工不能、また加工可能としても多大の工数を必要とし、時間が掛り、加工費の大幅な増大を招く等の問題を生じている。
【０００６】
Ｓｎ／３．５Ａｇ共晶はんだ（溶融温度２２１℃）は、従来から知られた代表的な高温はんだの一つであるが、最近要求の高まっている鉛フリーはんだの有力な基本合金の一つとしても注目されているはんだである。しかし従来の錫・鉛共晶はんだよりも溶融温度が４０℃程高いので、少しでも溶融温度を下げるために若干の銅を添加した、例えばＳｎ／３．０〜３．５Ａｇ／０．７〜１．２Ｃｕ（溶融温度約２１７℃）はんだは、三元共晶近似合金であり、鉛フリーはんだとして極めて有効な合金であるが、大変硬い合金のため、やに入り線はんだに加工するための押出し加工は、大変困難となり大きな押出し圧力を要するばかりでなく、押出し速度が非常に遅くなる欠陥がある。
【０００７】
また更に溶融温度の低いはんだを求めて、このはんだにインジウムやビスマスを加えた合金が提案されているが、軟らかいインジウムはともかく、ビスマスを添加した例えばＳｎ／３．０〜３．５Ａｇ／０．７〜１．２Ｃｕ／Ｂｉはんだは、溶融温度が２１７℃から２００℃以下に下がる反面、Ｂｉの添加量に比例して硬度は一層硬くなり、加工性も劣化し、例えば冷間圧延加工では、Ｂｉ３％までは加工可能であるもののそれ以上では割れが発達し、一般に加工は極めて困難である。そのため、フラックスを芯に入れてやに入り線はんだを形成するための加工は、非常に難しい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、はんだ用の金属または合金に微量のバナジウムを添加することにより、塑性加工性を改善し、同時にその合金の靭性も改善するものである。即ち、錫を含有するはんだ材に、別途バナジウムを０．００１％〜０．５％ｗｔ添加してなる熱間押出し加工性改良はんだにより、より詳しくは、１）Ａｇ２．０〜５．０％ｗｔ、Ｃｕ０．５〜１．５％ｗｔ、及び残量が錫よりなるはんだ、または、２）Ａｇ２．０〜５．０％ｗｔ、Ｃｕ０．５〜１．５％ｗｔ、Ｂｉ２．５〜１０．０％ｗｔ、及び残量が錫よりなるはんだ、更にまた、３）Ｃｕ０．５〜１．０％ｗｔ、及び残量が錫よりなるはんだの錫基はんだ材に各バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを含有させることにより解決せんとするものである。
【０００９】
また、４）Ｓｂ３．０〜１０．０％ｗｔ、及び残量が錫よりなる錫基はんだ材にバナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを含有させることにより、更にまた、５）Ｂｉ３．０〜５８．０％ｗｔ、及び残量が錫よりなる錫基はんだ材に、または、６）Ｐｂ５．０〜９５．０％ｗｔ、Ｂｉ３．０〜５０．０％ｗｔ、及び残量が錫よりなる錫基はんだ材に各バナジウム０．００１％〜０．５％ｗｔを含有させることにより解決を図らんとするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上述のごとく、各種の錫を含むはんだ材は、バナジウムを適量添加することによりその加工性、特に熱間押出し加工性及び熱間圧延性を、他の性能を低下することなく改善することができる。バナジウムの適正な添加量は０．００１％ｗｔ〜０．５％ｗｔである。図１は当該加工性改良はんだの基準はんだ材料を（Ａ）Ｓｎ／３．５Ａｇ／１．２Ｃｕ合金、（Ｂ）Ｓｎ／３．４Ａｇ／１．１Ｃｕ／３．０Ｂｉ合金、および（Ｃ）Ｓｎ／４６Ｂｉ／２０Ｐｂ合金の三つに代表させ、バナジウム（Ｖ）の添加量を変化させた場合の押出し加工の加工性を比較したデータであり、図２はＢ試料の機械的性質（引張強さ、伸び率）を比較したデータである。
【００１１】
（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）合金ともにＶを０．００１％ｗｔ添加することにより、無添加では加工困難であったもの（（Ｂ）、（Ｃ）試料）も、押出し時間が短縮され、更にＶを適正な添加量に増大したものは、全て押出し時間が１０分以下となり、無添加の場合と比較して大幅な加工性改善が認められた。またいずれも添加量がある値を過ぎると加工性の改善はサチュレートすることが確認された。サチュレート点は材料により、Ｖ添加量０．１％ｗｔから０．５％ｗｔ程度の差があり、Ｖ添加量の上限は最大でもお０．５％ｗｔが好ましいことがわかった。
【００１２】
同様に図２より明らかなように、Ｖ添加による機械的特性の変化については、常温、加熱時（１２５℃）共に引張強さはさほど変わらないが、伸び率では１２５℃における伸び率に著しい改善が認められた。これは図１における熱間加工時の塑性加工性の改善の裏付けともなっている。なお試験はＪＩＳ６号ＴＰ、熱処理条件１６５℃、２０時間、引張速度２０ｍｍ／ｍｉｎで行った。
【００１３】
上述のごとくＶ添加による熱間押出し加工性の改善は十分にその効果が確認された。一方Ｖ添加量がある限界を越すと冷間圧延時にクラックの発生が生じ、好ましくないこともわかった。図３は基準はんだ材料（Ｂ）において、Ｖ添加量とその冷間圧延加工におけるクラック発生数の関連を試験した結果を示したものであり、冷間圧延加工による圧延テープの両端部における深さ１ｍｍ以上のクラック数をもってクラック発生数とした。図３ではＶ添加量が０．５％ｗｔ以上となるとクラックの発生数が増加しており、品質的にこの値程度がＶ添加量の限度と考えられる。
【００１４】
【実施例】
表１は本願発明の実施例でＳｎ／３．５Ａｇ／１．２Ｃｕ合金（Ａ）、Ｓｎ／３．４Ａｇ／１．１Ｃｕ／３．０Ｂｉ合金（Ｂ）に各Ｖを０．０２％ｗｔ添加せるもの（Ａ’、Ｂ’）の効果を測定したものである。各加工性が大幅に改善され、押出し困難であったものも、押出し圧力の低減が可能となるだけでなく、押出し時間も大幅に短縮され、容易に押出し加工ができるようになった。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
耐熱性の弱い電子部品の一部に温度制御用の低温半田として使用されているＳｎ／４６Ｂｉ／２０Ｐｂはんだ合金（Ｃ）（溶融温度１００℃）は、ビスマスの含有量が多く加工性が悪い為、一般に機械加工でなく手流し鋳造糸はんだの形で生産されていたが、バナジウムの微量添加により押出し加工が可能となり、精密な成形はんだの生産も可能となった。
表２にバナジウムの添加品（Ｃ’）と無添加品（Ｃ）との押出し加工スピードの比較データを示す。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
Ｓｎ／５．０Ｓｂはんだ（Ｄ）（溶融温度２４０℃）は、Ｓｎ／３．５Ａｇはんだを代替する高温はんだとして電気・電子機器の発熱部の接合用に使用されているが、このはんだも錫・鉛合金の一般はんだと比較して極めて硬い合金であり、圧力トン数の小さな一般はんだ用の押出し機では押出し加工が難しく、高い圧力を負荷しつつ、長い押出し時間を掛けて押出し加工しなければならない。しかしながらこの合金に微量のバナジウムを添加した合金の場合には、押出し圧力を若干低減しても、極めて滑らかに押出し加工することが出来、加工時間を大幅に短縮することができる。
表３にバナジウムの添加品（Ｄ’）と無添加品（Ｄ）との押出し加工スピードの比較を示す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
表４はＳｎ／０．７Ｃｕはんだ（Ｅ）に０．０１％ｗｔＶ、及びＳｎ／３．５Ａｇはんだ（Ｆ）に０．０２％ｗｔＶを添加した場合であり、押出し圧力も低く、また押出し時間はＶ無添加のものに比して約７０％、６２％と減少した。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
表５はＳｎ／５０Ｂｉはんだ（Ｇ）にＶを０．０５％ｗｔ添加した場合で、同一押出し圧力で押出し時間は２．５分の１、即ち作業性は２．５倍と大幅に改善された。
【００２３】
【表５】
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【００２４】
【発明の効果】
錫に銀、銅、ビスマス、アンチモン、インジウム、アルミニウム、鉛，亜鉛等の非鉄金属を一種または数種加えて成る合金は、錫・鉛合金によるはんだに比し、一般に大変硬い性質を持ち、特にビスマスを含むものは脆性すら発現するため、塑性加工性が悪く、従って線状或いはリボン状のはんだを作るための押出し加工において作業性が悪く、一部では押出し加工不能のものもある。しかしながら、本発明に依れば、上記実施例のすべてに見られる様に、熱間押出し加工において作業時間的に数倍の作業性の改善を見ることが出来るだけでなく、一部の合金では、押出し不能のものを押出し可能な状態に改善することも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  基準はんだ材料に各バナジウム（Ｖ）添加量を変化させ、押し出し加工の加工性を比較したデータを示す図である。
【図２】  基準はんだ材料に各バナジウム（Ｖ）添加量を変化させ、機械的性質（引張強さ、伸び率）を比較したデータを示す図である。
【図３】  バナジウム（Ｖ）添加量と、冷間圧延加工時のクラック発生数の関係を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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