(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５．３から７．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と、０．１から０．５ｗｔ％未満のニッケル（Ｎｉ）を含み、残部が錫（Ｓｎ）である無鉛半田合金。
【請求項２】
芯部が銅または銅を含有した合金で構成され、該芯部に絶縁被膜を施した導体を用いた電子部品において、前記導体同士または前記導体と該電子部品の他の部位とを、５．３から７．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と、０．１から０．５ｗｔ％未満のニッケル（Ｎｉ）を含み、残部が錫（Ｓｎ）である無鉛半田合金により、半田付けしたことを特徴とする電子部品。
【請求項３】
５．３から７．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と、０．１から０．５ｗｔ％未満のニッケル（Ｎｉ）を含み、残部が錫（Ｓｎ）である無鉛半田合金を４００℃から４８０℃で溶融させ、半田付けしたことを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、鉛（Ｐｂ）を含まない半田合金、即ち、無鉛半田合金とそれを用いた電子部品に関するものである。
背景技術
従来、電子部品の内部での電気的接続あるいは電子部品を回路基板に接続するための半田として鉛を多く含む錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）系半田合金が多用されていた。
近年、鉛の有害性が問題視され、その使用を法的に制限することが検討されている。このため、Ｓｎ−Ｐｂ系半田合金に代わるものとして鉛の含有量を極端に少なくした半田合金あるいは鉛成分を全く含まない無鉛半田合金の開発が急がれている。
無鉛半田合金の例としては、日本国特許第３０３６６３６号及び米国特許第４７５８４０７号が挙げられる。
日本国特許第３０３６６３６号は、電子部品を電子機器の回路基板に接着するための無鉛半田合金に関するものであり、錫（Ｓｎ）−銅（Ｃｕ）合金の銅成分の一部をニッケル（Ｎｉ）で置換したもので、その成分比をＣｕ：０．０５−２．０ｗｔ％，Ｎｉ：０．００１−２．０ｗｔ％，Ｓｎ：残部、とすることによって前記接着部分の機械的強度を高めることを目的としている。
また、米国特許第４７５８４０７号は、水道配管に用いている鉛管から飲料水に鉛やカドミウムが溶出するのを防止するため、水道配管として銅管、真鍮管を用いることを提唱しており、該特許発明はこれらの銅管、真鍮管およびこれらを継ぎ足すための接続継ぎ手とを溶接するための半田合金に関するものである。
なお、この半田合金の主成分は錫（Ｓｎ）または錫（Ｓｎ）とアンチモン（Ｓｂ）であり、いずれの半田合金も鉛（Ｐｂ）およびカドミウム（Ｃｄ）を含まないようにしてある。
ここで、錫主体の半田合金の組成は、Ｓｎ：９２．５−９６．９ｗｔ％，Ｃｕ：３．０−５．０ｗｔ％，Ｎｉ：０．１−２．０ｗｔ％，Ａｇ：０．０−５．０ｗｔ％である。
また、錫／アンチモン主体の半田合金の組成は、Ｓｎ：８７．０−９２．９ｗｔ％，Ｓｂ：４．０−６．０ｗｔ％，Ｃｕ：３．０−５．０ｗｔ％，Ｎｉ：０．０−２．０ｗｔ％，Ａｇ：０．０−５．０ｗｔ％となっている。
なお、日本国特許第３０３６６３６号の半田合金の溶融温度は２３０℃前後であり、この半田合金は、上述のように、電子部品を回路基板の導体部に接着するためのものであるからその溶融温度（リフロー時の温度）は、できるだけ低い方が望ましい。
また、米国特許第４７５８４０７号の半田合金の溶融温度は２４０℃前後から３３０℃前後であるがこの半田合金は、例えば、家庭用給湯器の給水配管として利用する銅管、真鍮管、およびこれらの継ぎ手の溶接に用いるものであるから、溶接時の作業性等を考慮した場合、その半田合金の溶融温度は低い方がよい。
ところで、電子部品の中には、線状または細い帯状の電気導体（以下、巻線材という）を巻回して形成した高周波コイルやトランス（以下、コイル部品という）がある。そして、これらコイル部品の巻線材としては、銅芯線にエナメルやウレタンを塗布して絶縁被膜を施した電線が使用されている。
上記コイル部品において、ボビン等に巻回した巻線材の巻始めと巻終わりの各端末部と該ボビンの下端に設けた端子ピン等の電極部とを電気的に接続するためには半田付けを行う必要がある。
端子等に半田付けを行って電気的に接続するためには、上記電線の先端の絶縁被膜材を除去する必要がある。一般に、絶縁被膜材を除去する方法としては、機械的に削り取る方法、薬品により溶解する方法、高温加熱により分解したり溶解したりする方法がある。従来より多くの場合は、高温加熱による方法が採用されている。
例えば、上記コイル部品を製造するためには、巻線材の巻始めと巻終わりの各端末部と該ボビンの下端に設けた端子ピン等の電極部に絡げた後に、上記絡げ部分を高温で加熱した半田液の中に浸漬することにより行われている。即ち、半田付けと同時に上記巻線材の絶縁被膜材を除去するのが一般的である。
半田付けする際に、銅成分を含まない無鉛半田合金を使用した場合、電線の先端が溶融半田（半田液）に接触している間、母材となっている銅が半田液中に溶解して痩せ細る「銅くわれ」と呼ばれる現象が起こる。この銅くわれ現象は、上記コイル部品のような電子部品において断線事故を引き起こす大きな要因となっている。
この現象は半田の溶融温度が高いほど、前記半田液の中に溶け込む銅の量が多くなり、また、銅が溶ける速度も速くなる。従って、電線の線径が細くなるにつれて上記断線事故が起こり易くなる。一方、銅くわれ現象を防止するために、一般的に前記無鉛半田合金に微量の銅を添加する手段が知られているが、銅の含有量が多くなり過ぎると、溶融半田（半田液）の粘性が強くなり、半田付けをする部位に必要以上の半田が付着してツララ状に垂れ下がる現象や余分な半田が隣接する部位に跨がって付着するブリッジ現象が起こる。またこの他に、銅の含有量が多くなり過ぎると、鍍金厚（半田の付着量）が不均一になったり、濡れ性が悪くなる等の不具合が発生する。
また、溶融半田の溶融温度が低いとエナメルやウレタンなどの絶縁被膜材が完全に溶解せず、半田付けが不完全となり、導通不良を起こす要因となる。なお、前記無鉛半田合金の融点温度は銅の含有量の増加とともに高くなる傾向にある。
発明の開示
本発明の第１は、５．３から７．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と、０．１から０．５ｗｔ％未満のニッケル（Ｎｉ）を含み、残部が錫（Ｓｎ）である無鉛半田合金を提供する。
また、本発明の第２は、芯部が銅または銅を含有した合金で構成され、該芯部に絶縁被膜を施した導体を用いた電子部品において、前記導体同士または前記導体と該電子部品の他の部位とを上記５．３から７．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）と、０．１から０．５ｗｔ％未満のニッケル（Ｎｉ）を含み、残部が錫（Ｓｎ）である無鉛半田合金により、半田付けしたことを特徴とする電子部品を提供するものであり、これによって、上記電子部品の半田くわれ現象に起因する断線事故を予防する。
本発明の第３は、第２の発明において、上記電子部品の半田付けに際して、上記無鉛半田合金の溶融温度を４００℃から４８０℃に設定することによって上記導体の絶縁被膜を確実に溶解させることを特徴としている。
発明を実施するための最良の形態
前述の通り、電子部品の中には、線状または細い帯状の電気導体（以下、巻線材という）を巻回して形成した高周波コイルやトランス（以下、コイル部品という）がある。そして、これらコイル部品の巻線材としては、銅芯線にエナメルやウレタンを塗布して絶縁被膜を施した電線が使用されている。
巻線材として、銅芯線にエナメルやウレタンを塗布して絶縁被膜を施した電線を使用したコイル部品の一例を図１に示す。
同図において、１はコイル部品、２はボビンであり、本実施例ではフェライトで一体的に形成されている。３は銅芯線にエナメルやウレタンの絶縁被膜を施して形成した巻線材、４は前記巻線材３を前記ボビン２の胴部に巻回した巻線部、５は前記ボビン２の下端に植設した端子ピン、６は巻線部３の巻始め及び巻終わりの引出し端末で前記端子ピン５に絡げられて電気的に接続されている。
前記端子ピン５はコイル部品１を回路基板（図示せず）の回路導体と電気的に接続するためのものである。なお、前記端子ピン５には鋼の芯線の表面に銅メッキを施した鋼導線（ＨＣＰ線）が多く用いられている。
ここで、巻線部４と端子ピン５とを電気的に接続するためには、絡げ部７となる引出し端末６の先端の絶縁被膜材を除去する必要がある。前述のように、前記巻線材３の絶縁被膜材を除去する方法としては、機械的に削り取る方法、薬品により溶解する方法、高温加熱により分解したり溶解したりする方法があるが、本発明においては、高温加熱による方法を採用する。
即ち、ボビン２の胴部に巻回した巻線部４の引出し端末６を端子ピン５に絡げた後、前記絡げ部７を半田槽中に浸漬させることにより、半田液の熱で該絶縁被覆電線の被膜材を溶解除去し、同時に半田付けする。
発明者等が錫に銅を添加した無鉛半田合金を用いて、コイル部品について実験したところ、半田付け温度（半田の溶融温度）が３５０℃以下では銅線のエナメル被膜を完全に除去することができなかった。
実験例
表１に、直径０．４ｍｍのエナメル被膜銅線を溶融半田液に浸漬したときの、半田付温度と半田付後の銅線直径の関係を示す測定結果であり、半田合金の組成含有量と半田付け温度及び銅くわれの大小並びに半田付け面の状態との関係データを示す。表１において、「銅くわれ」について「大」とは１０％以上減を意味し、「中」とは５％以上−１０％未満減を意味し、「小」とは０−５％未満減を意味する。また、「銅くわれ」について「肥大」とは、「銅くわれ現象」とは逆に導線直径が増大する現象が生じたことを意味する。
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上記表１の実験例から明らかなように、錫−銅のみの半田合金では、銅の含有量が少ないほど銅くわれの割合が大きく、例えば、銅の含有量４ｗｔ％で残部が錫の場合、エナメル被膜銅線の直径は２４．５％減少した。
また、錫−銅のみの半田合金で銅の含有量を増していくと半田の溶融温度の低い領域では溶融半田の粘性が大きくなって半田付け部の鍍金厚が不均一になり、エナメル被膜導線の直径が基準値より肥大して太くなったり、余分な半田が垂れ下がってつらら現象が起きた。
例えば、錫に銅を７ｗｔ％添加したＳｎ−７Ｃｕ及び錫に銅を８ｗｔ％添加したＳｎ−８Ｃｕ半田合金においては、溶融温度４００℃のとき、つらら現象が発生した。これに対して、錫に銅を５．３ｗｔ％とニッケルを０．２％を添加した半田合金（Ｓｎ−５．３Ｃｕ−０．２Ｎｉ）では、溶融温度４００℃でエナメル被膜導線の直径は基準値より４％程度しか減少せず、銅くわれの割合を大幅に少なくすることができ、また、濡れ性も改善された。また、半田付け部の機械的強度を増すことができた。
なお、銅の含有量が所定量を超えた領域でニッケルの添加量が所定の範囲を超えると、銅−ニッケルの析出物が溶融半田中に浮遊し、半田付け部の表面に前記析出物が付着するため、半田付け部の表面に細かな凹凸ができて荒れた状態となり、半田の厚さが均一にならず、ブリッジ現象やつらら現象が起き易くなり、また、濡れ性が悪くなるという不具合が発生した。そしてこの現象は、半田合金の溶融温度が低い領域で発生しやすいことが判明した。
次に、直径０．７ｍｍのＨＣＰ線（不二電線製）を繰り返しはんだ付したときに、表面光沢が黒く変化するまでの半田付け回数を表２に示す。
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前述したように、上記ＨＣＰ線は鋼の芯線の表面に銅メッキを施した鋼導線であり、図１のコイル部品１における端子ピン５やその他の電子部品の端子導体として利用されているものである。
表２は、ＨＣＰ線の銅メッキが剥がれて下地である鋼線部分が表出するまでの回数と半田合金の組成および半田付け時の温度との関係を示しており、上記回数が多いほど銅メッキが剥がれる度合いが少ない、言い換えれば、銅くわれが起きる割合および銅くわれの量が小さいことを表している。
特に、ニッケルを適度に添加した場合は、半田付け時の温度が高い領域でも銅くわれが起こりにくいことがわかる。
産業上の利用可能性
本発明の無鉛半田合金は、以上に説明したように、半田付け時の温度が高い領域でも銅くわれが起こり難く、また、該銅くわれによる銅の減少量を少なくすることができる。
従って、銅または銅を含有した合金を芯線とする絶縁被膜導体を使用した電子部品の半田付け時の断線事故を予防することができ、特に絶縁被膜導体の線径が細いものに顕著な効果がある。
また、高温で半田付けすることによって前記絶縁被膜導体の絶縁被膜材を確実に溶解することができるので絶縁被膜材の残渣による導通不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
図１はコイル部品の一例を示す説明図。
【図１】
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