(57)【要約】【課題】環境等に対して悪影響を及ぼす鉛を使用することなく、従来からのフラックスを使用しないで超音波はんだ付と変わらない条件でガラスおよびアルミニウムの接合に適した、無鉛はんだ合金を提供する。【解決手段】主成分であるＳｎとＺｎに有効量のＡｇ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｂ、Ｃｏを含む無鉛はんだ合金であって、ガラスおよびアルミニウム用はんだ合金によって、必要とされる条件を満足する無鉛はんだ合金。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％を含有する無鉛はんだ合金。
【請求項２】
さらに、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｂ、Ｃｏのうちいずれか１を0.001〜0.008重量％含有する請求項１に記載の無鉛はんだ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無鉛はんだ合金に係り、詳しくは、ガラスとアルミニウムとの異種金属間の接合に適した無鉛はんだ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスとアルミニウムとの接合は、通常洗浄以外の処理をせずに、Ｐｂ-Ｓｎ系のはんだで接合することは極めて困難であった。ガラスとアルミニウムの接合ができるはんだとしては、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ-Ｂｉ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ-Ｓｂ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｃｄ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ-Ｃｄ系合金などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２１０４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＰｂ-Ｓｎ-Ｚｎ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ-Ｂｉ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ-Ｓｂ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｃｄ系合金、Ｐｂ-Ｓｎ-Ｚｎ-Ｃｄ系合金、またはこれらに更に微量成分を添加したはんだ合金においては鉛を含有するため、はんだ接合する作業中に揮発する鉛蒸気が作業者の健康を損なうおそれがあり、カドミニウムが含有された合金も同様ではんだ接合する作業中に揮発するカドミニウム蒸気が作業者の健康を損なうおそれがある。また、はんだ接合して組み立てられた製品が、廃棄後、製品から雨水などにより溶け出して水、土壌等を汚染し、環境を汚染するおそれがある。
【０００５】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、鉛・カドミニウムの含有量をゼロにすると同時に、従来の作業条件を変えず作業性を維持できるガラスとアルミニウムの接合用無鉛はんだ合金を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の無鉛ハンダは、Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％を含有することを特徴としている。
【０００７】
第２に、さらに、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｂ、Ｃｏのうちいずれか１を0.001〜0.008重量％含有することを特徴としている。
Ｓｎは無鉛はんだの主成分である、Ｚｎはガラス、アルミニウム等に対する接合力を付与するために含有されている。Ｚｎは25％を超えるとはんだ自体の酸化性が激しくなると同時に、はんだの組織が緻密でなくなる。その結果、接合不良が生じやすくなってしまう。また、0.5％未満ではガラス、アルミニウム等との接合強度が大きくならない。Ｚｎは上記範囲中2〜6％の範囲がガラス等に対する接合力がより大になる、またＺｎは上記範囲中2〜6％の範囲がアルミニウム等に対する接合力がより大になるので望ましい。Ｓｂはあらゆる金属と金属結合及び共有結合をし、金属結合を緻密化して金属組織を安定化し耐熱疲労性を高め、また耐食性を高める効果がある。Ａｇは組織を緻密にし、電気特性や耐熱疲労性を高める働きがあり、0.05％未満ではその効果は殆ど見られず、また、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｂと固溶体をつくる特徴があり、少量添加することにより均一安定化した合金ができる。Ｇｅは導電性が良く、Ａｇと同じ働きがあり電気的特性を向上させ電子部品等に使用された部品はより良い効果をもたらす。ＴｉはＳｎ、Ｚｎ、Ａｇと反応し、また少量な添加量のＡｌ、Ｓｉとも反応し、はんだ合金の内部結晶組織を緻密にし、表面に酸化チタン膜が形成されスピネル効果と同じ効果を形成し耐水性、耐候性を向上させるために添加される。
【０００８】
ＡｌはＺｎの酸化性を抑える役目をし、Ｓｂと共有結合した後、耐熱疲労性、耐水性、耐候性等が大きくなる。また、各種のガラス及びアルミニウムの性質等から接合時に安定した接合部の金属化合物を形成する、少量でも効果がある。Ｂはもともと脱酸作用があり、Ａｌ・Ｚｎ等の合金内部組織の結晶析出、結晶晶出等を抑え、内部結晶組織を緻密にし、均一安定化した合金が得られる。また、Ｓｉも同様な役割の要素を兼ね備えており、またＳｎ合金に少量のＳｉを含有しただけで接合時の濡れ性を向上させる。合金の内部結晶組織を安定化し、より一層緻密にするにはＭｎまたはＺｒを添加することにより合金内部結晶組織がより一層緻密になり均一安定化した合金ができ、それ以上に耐熱性、靱性、濡れ性等を向上させる。
【０００９】
上記で述べた様に、個々の金属元素の特徴を生かし、接合後の拡散反応現象が少なく、接合界面及び接合合金部の結晶構造が微細化で、安定した酸化膜が形成された合金によって解決される。  
【００１０】
本発明によって、固相線温度と液相線温度差を少なくし共晶温度に近ずけ、作業性をし易くしガラスに対してのダメ−ジが少なく接合強度の高いガラスおよびアルミニウム接合用無鉛はんだ合金が得られる。
【００１１】
即ち、Ｓｎ93.0〜96.0重量％、Ｚｎ3.0〜5.0重量％、Ｓｂ0.5〜1.5重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.1重量％、Ａｌ0.002〜0.05重量％、Ｔｉ0.003〜0.01重量％、Ｓｉ0.003〜0.01重量％の合金組成からなることを特徴とする、好ましければ、作業性、表面性状および接合性において、より良い特性にするために、次のいずれかの金属元素を１元素を含有をさせる、Ｚｒ0.001〜0.005重量％、Ｍｎ0.001〜0.005重量％、Ｂ0.001〜0.003重量％、Ｃｏ0.001〜0.005重量％を添加することが出来る、ガラスおよびアルミニウム接合用無鉛はんだ合金。  
【００１２】
この手段では、耐熱疲労性、耐水性、耐候性、電気特性等が大きく、また、接合強度の高いガラスおよびアルミニウム接合用無鉛はんだ合金である。
【００１３】
また、Ｓｎ93.0〜96.0重量％、Ｚｎ3.0〜5.0重量％、Ｓｂ0.5〜1.5重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.1重量％、Ａｌ0.002〜0.05重量％、Ｔｉ0.003〜0.01重量％、Ｓｉ0.003〜0.01重量％の合金組成からなることを特徴とする、好ましければ、作業性、表面性状および接合性において、より良い特性にするために、Ｚｒ0.001〜0.005重量％を添加することが出来る、ガラスおよびアルミニウム接合用無鉛はんだ合金。
【００１４】
この手段では、耐熱疲労性、耐水性、耐候性等が大きく、また、接合強度の高いガラスおよびアルミニウム接合用無鉛はんだ合金である。
【００１５】
また、Ｓｎ93.0〜96.0重量％、Ｚｎ3.0〜5.0重量％、Ｓｂ0.5〜1.5重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.1重量％、Ａｌ0.002〜0.05重量％、Ｔｉ0.003〜0.01重量％、Ｓｉ0.003〜0.01重量％の合金組成からなることを特徴とする、好ましければ、作業性、表面性状および接合性において、より良い特性にするために、Ｍｎ0.001〜0.005重量％を添加することが出来る、アルミニウム接合用無鉛はんだ合金。
【００１６】
また、Ｓｎ93.0〜96.0重量％、Ｚｎ3.0〜5.0重量％、Ｓｂ0.5〜1.5重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.1重量％、Ａｌ0.002〜0.05重量％、Ｔｉ0.003〜0.01重量％、Ｓｉ0.003〜0.01重量％の合金組成からなることを特徴とする、好ましければ、作業性、表面性状および接合性において、より良い特性にするために、Ｂ0.001〜0.003重量％を添加することが出来る、アルミニウム接合用無鉛はんだ合金。
【００１７】
また、Ｓｎ93.0〜96.0重量％、Ｚｎ3.0〜5.0重量％、Ｓｂ0.5〜1.5重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.1重量％、Ａｌ0.002〜0.05重量％、Ｔｉ0.003〜0.01重量％、Ｓｉ0.003〜0.01重量％の合金組成からなることを特徴とする、好ましければ、作業性、表面性状および接合性において、より良い特性にするために、Ｃｏ0.001〜0.005重量％を添加することが出来る、アルミニウム接合用無鉛はんだ合金。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るガラスおよびアルミニウム接合用無鉛はんだ合金の実施の形態を説明する。
本発明に係るガラス、アルミニウム接合等用はんだを作製するに当たっては各成分割合になるように混合し、大気中、真空中、不活性雰囲気中または還元性雰囲気中で溶融し合金にする。しかる後に棒状、線状、板状などの形にする。
本発明のガラス、アルミニウム接合等用はんだは、接合対象は、ガラス、アルミニウム、金属、セラミック、酸化皮膜を有する金属等であって、これらの同一対象間の接合、異種対象間の接合も可能である。
【００１９】
実施の形態（1）
Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％の合金からなる。
【００２０】
実施の形態（2）
Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％、Ｚｒ0.001〜0.005重量％の合金からなる。
【００２１】
実施の形態（3）
Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％、Ｍｎ0.001〜0.005重量％の合金からなる。
【００２２】
実施の形態（4）
Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％、Ｂ0.001〜0.003重量％の合金からなる。
【００２３】
実施の形態（5）
Ｓｎ92.0〜98.0重量％、Ｚｎ1.0〜7.0重量％、Ｓｂ0.1〜3.0重量％、Ａｇ0.01〜1.0重量％、Ｇｅ0.005〜0.3重量％、Ａｌ0.001〜0.2重量％、Ｔｉ0.001〜0.1重量％、Ｓｉ0.001〜0.1重量％、Ｃｏ0.001〜0.005重量％の合金からなる。
【００２４】
この実施の形態(1)、(2)、(3)、(4)、(5)は、表１に示されている合金組成の試料（実施例１〜５）を作成し、それぞれ物性特性を測定した。実施の形態(1)、(2)、(3)、(4)、(5)は、温度域(200℃〜215℃)に適し使用可能である、特に接合部の高温化が要する部分のガラス、アルミニウム等について有効である。
表１に示されているとおり、ガラスに対してリード線を、比較例１〜７及び実施例１〜５のはんだ合金で接着し、その後リード線を引っ張り、リード線とガラスの接合強度を図る実験を行った。実施例のはんだ合金は、いずれもはんだ合金による接続部は剥がれず、リード線自体が引っ張り力に耐えられず切断され、比較例のはんだ合金よりも強い接合強度を示した。比較例１〜７のはんだ合金は、表１に示されている引張強度で、はんだ接続部が剥がれた。このような結果は、ガラスのみならずアルミニウムに対しても同様に発揮された。
【００２５】
そして、本発明のはんだ合金は、Ｓｎ93.0〜96.0重量％、Ｚｎ3.0〜5.0重量％、Ｓｂ0.5〜1.5重量％、Ａｇ0.03〜0.5重量％、Ｇｅ0.005〜0.1重量％、Ａｌ0.002〜0.05重量％、Ｔｉ0.003〜0.01重量％、Ｓｉ0.003〜0.01重量％の範囲で有効性を発揮する。更にガラスの種類及びアルミニウムの種類、異種金属の種類によってＺｒ、Ｍｎ、Ｂ、Ｃｏ含有したものが有効性を発揮する。
【００２６】
この実施例1は、固相温度200.0℃〜液相温度215.0℃、比重  7.26、 硬度  10.8Hv、伸び  38.7％、引張強度  30.3 MPa、電気比抵抗  13.0 μΩｃｍ、電導率  13.3 ％、の物性特性を有する。
【００２７】
実施例2は、固相温度200.0℃〜液相温度215.0℃、比重  7.26、 硬度  10.9Hv、伸び  39.2％、引張強度  31.1 MPa、電気比抵抗  12.9 μΩｃｍ、電導率  13.4 ％、の物性特性を有する。
【００２８】
この実施例3は、固相温度200.0℃〜液相温度215.0℃、比重  7.26、 硬度  11.1Hv、伸び  38.4、引張強度  30.7 MPa、電気比抵抗  13.4 μΩｃｍ、電導率  13.1 ％、の物性特性を有する。
【００２９】
この実施例4は、固相温度200.0℃〜液相温度215.0℃、比重  7.26、硬度  11.0 Hv、伸び  38.2 ％、引張強度  30.1 MPa、電気比抵抗  13.7 μΩｃｍ、電導率 13.0 ％の物性特性を有する。
【００３０】
実施例5は、固相温度200.0℃〜液相温度215.0℃、比重  7.26、硬度  10.8 Hv、伸び  39.1 ％、引張強度  31.0 MPa、電気比抵抗  12.8 μΩｃｍ、電導率 13.3 ％の物性特性を有する。
【００３１】
【表１】
2017064781.tif 000002
【００３２】
比較例8のはんだ合金は、合金組成が、Ｓｎ95.2重量％、Ｚｎ3.5重量％、Ｓｂ１．２５重量％、Ａｌ0.05重量％であって、固相温度200.2℃〜液相温度217.1℃、硬度  11.2 Hv、伸び  37.8 ％、電気比抵抗  13.8 μΩｃｍ、電導率 13.1 ％の物性特性を有する。厚さ2.0ｍｍのアルミ板と、厚さ2.0ｍｍ×幅10ｍｍ×長さ50ｍｍのアルミ板を、上記比較例8及び実施例１〜５のはんだ合金で接着し、接着された２枚のアルミ板を引き離す引張強度試験を行った。その結果を表２に示す。表２に示されている数値は、引張強度試験によって、はんだ合金で接合されているアルミ板とアルミ板が、はんだ接合部で破断した時に掛けられていた荷重（Ｎ）である。比較例８に比較して、実施例１〜５は、より大きな引張荷重が加わった時に、接合部が破断している。
なお、本発明のはんだ合金は、比較例１〜８のはんだ合金に比較して、固相温度と液相温度の温度差が小さく、はんだ合金として好ましい性能を有している。
【００３３】
【表２】
2017064781.tif 000003