JP2000061683A - はんだめっき線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温環境下においても熱的クリープ現象を生
じ難くはんだ接続部における耐熱強度に優れ、有害な鉛
成分を含有しないはんだめっき線を提供する。 【解決手段】 ビスマスが1.0 〜30.0重量％、銀が0.5
〜10.0重量％、銅が0.01〜2.0 重量％、残部が錫および
不可避的不純物からなる組成のめっき層３を金属素線２
の外周に設けたはんだめっき線１。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明ははんだめっき線に関する
もので、特には、はんだ付け性およびはんだ接続部の耐
熱強度が改善され、鉛成分を含有しないはんだめっき線
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、はんだめっき線としては、金
属素線の外周に錫−鉛合金はんだめっき層を設けたもの
が、はんだめっき作業性やはんだ接続作業性に優れるこ
とから電気機器や電子機器用の部材として一般に広く使
用されている。しかし、近時、電気機器や電子機器の低
価格化に伴って製造コストの引下げ（工数削減）が必要
となり、今まで以上に短時間で接続できるはんだ濡れ性
に優れたはんだめっき線が要求されるようになってい
る。また、電気機器や電子機器の小型化、高性能化に伴
い、機器内が高温環境となることが多くなり、高温環境
下における機器の信頼性を高める目的からはんだ接続部
の耐熱強度の向上が求められるようになり、はんだめっ
き線についても耐熱強度の優れたものが要求されるよう
になってきている。また、電気機器や電子機器の生産が
急増するのに伴い、産業廃棄物として処分される電気機
器や電子機器の数量も増大しており、これら廃棄処分さ
れた機器から散失する有害物質による環境汚染の問題が
指摘されるようになり、電気機器や電子機器には有害物
質を含有しないはんだめっき線の使用が要求されるよう
にもなってきた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来より多用されてい
る錫−鉛合金はんだめっき線は、はんだ接続作業性には
優れているが、近時要求の強いはんだ接続作業時間短縮
に対してははんだ濡れ性が十分でなかった。また、錫−
鉛合金はんだめっき線は、特性上の問題としてはんだ接
続部の耐熱強度の点で信頼性に劣っており、殊に高温環
境で使用した場合に錫−鉛合金はんだめっき線と他の部
材とのはんだ接続部において熱的クリープ現象を生じ易
く、はんだめっき線がはんだ接続部から抜け落ちるとい
う大きな欠点があった。一方、環境上の問題として、産
業廃棄物として処分された錫−鉛合金はんだめっき線か
ら鉛が酸性雨等によって地下水中に溶出して環境を汚染
し、更にはこれが人体内に摂取される危険性が指摘され
ている。即ち、鉛は体内に摂取されると、貧血、腹部疝
痛、急性脳症、末梢神経障害、腎障害といった中毒症状
を引き起こす要因となるため、人体に有害な鉛を含有し
ないはんだめっき線の開発が要望されていた。 【０００４】そこで本発明の目的は、はんだ濡れ性（接
続作業性）に優れ、高温環境下においても熱的クリープ
現象を生じ難く耐熱強度に優れ、有害な鉛を含有しない
はんだめっき線を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のはんだめっき線は、ビスマスが1.0 〜30.0
重量％、銀が0.5 〜10.0重量％、銅が0.01〜2.0 重量
％、残部が錫および不可避的不純物からなる組成のめっ
き層３を金属素線２外周に設けたことを構成上の特徴と
するものである。 【０００６】 【作用】本発明の錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっ
き線は、めっき層に適量含有されたビスマスにより、は
んだ濡れ性が改善され、はんだ接続作業性が向上する。
本発明の錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線によ
る作用、効果を図３により具体的に説明する。図3(a)
は、本発明のはんだめっき線１をプリント基板14のスル
ーホール15へろう材５で接合した状態を示す断面図で、
スルーホール15へ挿入されたはんだめっき線１はプリン
ト基板14の銅張り層16とろう材５によりはんだ付けされ
る。図3(b)は同図(a) のはんだめっき線１の錫−ビスマ
ス−銀−銅合金めっき層３とろう材５との接合部分Ａの
拡大図である。例えば、ろう材５に錫−鉛合金はんだを
用いた場合は、ろう接過程ではんだめっき線１の錫−ビ
スマス−銀−銅合金めっき層３が融けだし、めっき層３
中の銀が接合部分Ａのろう材５中へ拡散するとともにめ
っき層３中の錫が接合部分Ａのろう材５中へ溶出し、接
合部分Ａには耐熱強度を向上させる銀と錫の含有量が増
加し、耐熱強度を低下させる鉛の含有量の減少した層４
が形成される。この結果、錫−ビスマス−銀−銅合金は
んだめっき線１とろう材５との接合部Ａは、銀と錫成分
が増加して耐熱強度の向上した層が厚く形成され、耐熱
クリープ特性も向上することになる。一方、ろう材５に
錫−銀合金ろう材を用いた場合には、接合部分Ａには耐
熱強度を低下させる鉛成分を含有しない層が形成される
ので、錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線１とろ
う材５との接合部Ａの耐熱強度は一層高まりクリープ特
性も一段と向上することになる。 【０００７】また、本発明の錫−ビスマス−銀−銅合金
はんだめっき線１は、合金はんだめっき層３に鉛を含有
していないので、健康面や環境に有害な影響をおよぼす
ことがない。 【０００８】次に、発明の錫−ビスマス−銀−銅合金は
んだめっき線１において、合金はんだめっき層３のビス
マスの含有量を1.0 ％〜30.0％に限定した理由は、ビス
マスの含有量が1.0 ％未満でははんだ濡れ性向上の効果
がみられず、合金はんだの溶融温度も下がらないためで
ある。また、ビスマスの含有量が30.0％より多くなる
と、合金はんだめっき層３が硬く脆くなり、曲げ加工時
のめっき表面に割れが生じ易くなる欠点があるためであ
る。銀の含有量を0.5 ％〜10.0％に限定した限定した理
由は、銀の含有量が0.5 ％未満では耐熱クリープ特性向
上の効果が見られず、銀の含有量が10.0％より多くなる
と、耐熱クリープ特性は向上するものの合金はんだの融
点が高くなりすぎて溶融めっき性に劣る上、めっき線１
の材料コストが高くなる欠点があるためである。また、
本合金はんだめっき層３に銅成分を添加するのは、合金
はんだめっき線１の光沢や表面滑らかさ等のめっき外観
特性を向上させるためと合金はんだの溶融温度を下げ溶
融めっき作業をし易くするためである。銅の含有量を0.
01％〜2.0 ％に限定する理由は、銅の含有量が0.01％未
満ではめっき外観特性向上の効果が少なく、合金はんだ
の溶融温度も下がらないためであり、銅の含有量が2.0
％より多くなると溶融めっき浴中に銅−錫合金が沈澱し
てきて、これがめっき層３の表面に付着してめっき外観
を悪化させる原因となるためである。 【０００９】 【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
なお、これにより本発明が限定されるものではない。図
１は、はんだめっき線１の断面図である。錫−ビスマス
−銀−銅合金はんだめっき線１は、銅線或いは銅合金線
等の金属素線２と、金属素線２の外周に形成したビスマ
スが1.0 〜30.0重量％、銀が0.5〜10.0重量％、銅が0.0
1〜2.0 重量％、残部が錫および不可避的不純物からな
る組成の溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき層
３とからなる。 【００１０】次に、はんだめっき線１の製造工程を図２
により説明する。溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はんだ
めっき浴槽６は、溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はんだ
めっき液７の入っためっき液部と、溶融はんだめっき液
７の液面より上部に設けた金属素線２の導入口11と不活
性ガス導入口10と、溶融はんだめっき液７の液面垂直上
方に設けた錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線１
の導出口12とを有し、溶融はんだめっき液７の液面上方
全体が不活性ガス８の雰囲気層で覆われた構成となって
いる。かかる構成の溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はん
だめっき浴槽６内に、ビスマス8.5 ％、銀3.5 ％、銅0.
7 ％、残部錫からなる組成の溶融錫−ビスマス−銀−銅
合金はんだめっき液７を液温250 ℃に保持し、また不活
性ガス導入口10から不活性ガス８として窒素ガスを導入
し、溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき液７の
液面上方全体を窒素ガス雰囲気層で覆っている。次に、
外径0.5mm の軟銅線２を銅線導入口11より溶融錫−ビス
マス−銀−銅合金はんだめっき液７中に導入し、溶融錫
−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき液７内にて滑車13
で走行方向を転換し溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はん
だめっき液７の液面から垂直上方へと引き出し、錫−ビ
スマス−銀−銅合金はんだめっき線導出口12から導出、
大気冷却して、めっき厚さ10μm 、仕上り外径0.52mmの
錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線１を得た。 【００１１】なお、この溶融錫−ビスマス−銀−銅合金
はんだめっき浴槽６では、錫−ビスマス−銀−銅合金は
んだめっき線１を溶融錫−ビスマス−銀−銅合金はんだ
めっき液７から垂直上方へ引き出すことにより、仕上り
ダイスを用いることなく、めっき線速を制御するだけで
所望のめっき厚さに調整することができる。 【００１２】上記実施例では、金属素線２に断面円形状
の軟銅線を用いたが、金属素線２の形状は、用途に応じ
断面長方形状或いは断面正方形状の軟銅線であってもよ
く、また金属素線２の材質は銅合金であっても、何ら本
発明を逸脱するものでないことは勿論である。 【００１３】上記により製造した本発明の錫−ビスマス
−銀−銅合金はんだめっき線１について、はんだ濡れ性
と耐熱クリープ特性およびめっき表面硬さの評価試験を
行った結果を以下に記す。 【００１４】−はんだ濡れ性試験− 本発明の実施例試料には、上述の製造工程により製造し
ためっき厚さ10μm 、仕上り外径0.52mmの錫−ビスマス
−銀−銅合金はんだめっき線１を用いた。なお、従来例
試料として、外径0.52mmの軟銅線に鉛37％−錫63％合金
をめっき厚さ10μm に溶融めっきした仕上り外径0.52mm
の錫−鉛合金はんだめっき銅線を用いた。試料としては
実施例，従来例とも各５本を用意した。はんだ濡れ性試
験は、はんだ濡れ性試験機を使用し、メニスグラフ法に
より測定した。使用したはんだは230 ℃の溶融した鉛37
％−錫63％合金で、各試料ともロジン35％含有したイソ
プロピルアルコールのフラックスを塗布して試験を行
い、はんだ濡れ時間を測定し、その結果を表１に示し
た。なお、表１のはんだ濡れ時間は試料５本の平均値で
ある。この結果から明らかなように、本発明の錫−ビス
マス−銀−銅合金はんだめっき線１は、はんだ濡れ時間
が短く、はんだ濡れ性に優れることが確認された。 【００１５】 【００１６】−耐熱クリープ特性試験− 本発明の実施例試料には、上記はんだ濡れ性試験に用い
たと同じ構造のめっき厚さ10μm 、仕上り外径0.52mmの
錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線１を用いた。
なお、従来例試料には、外径0.50mmの軟銅線に鉛37％−
錫63％合金をめっき厚さ10μm に溶融めっきした仕上り
外径0.52mmの錫−鉛合金はんだめっき銅線を用いた。試
料は実施例試料、従来例試料とも各５本を用意した。試
験方法は、図４に図示するように、銅張りプリント基板
14の穴径１mmのスルホール15に試料Ｗを通し、鉛37％−
錫63％合金ろう材17にて各試料Ｗをプリント基板14には
んだ付けした後、試料Ｗの端末に１kgの荷重を吊るした
状態で温度130 ℃の恒温槽内に入れる。そして、恒温槽
に入れてから試料Ｗがプリント基板14のスルホール15か
ら抜け落ちるまでの経過時間を測定した。この経過時間
をもって耐熱クリープ特性の評価とし、その結果を表２
に示した。なお、表２の測定時間は試料５本の平均値で
ある。この結果から明らかなように、本発明の錫−ビス
マス−銀−銅合金はんだめっき線１は、耐熱クリープ特
性に優れ、はんだ接続部の耐熱強度が向上していること
がわかる。 【００１７】 【００１８】−めっき表面硬さ試験− 本発明の実施例試料には、上記はんだ濡れ性試験に用い
たと同じ構造のめっき厚さ10μm 、仕上り外径0.52mmの
錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線１を用いた。
なお、従来例試料には、外径0.50mmの軟銅線に鉛37％−
錫63％合金をめっき厚さ10μm に溶融めっきした仕上り
外径0.52mmの錫−鉛合金はんだめっき銅線を用いた。試
料は実施例試料、従来例試料とも各５本を用意した。め
っき硬さ試験は、ビッカース硬度測定器を使用して測定
し、測定荷重は10gで行った。その結果を表３に示し
た。なお、表３のビッカース硬度は試料５本の平均値で
ある。この結果から、本発明の錫−ビスマス−銀−銅合
金はんだめっき線１は、めっき表面が硬くなることが確
認される。 【００１９】 【００２０】 【発明の効果】本発明の錫−ビスマス−銀−銅合金はん
だめっき線は、電子機器等の接続線として用いたとき次
のような効果を奏する。(1) はんだ濡れ性が向上するた
め、はんだ接続作業性が向上し、電子機器等の製造工数
が削減される。(2) はんだ付け部における耐熱強度が向
上し、高温雰囲気に置かれた場合にも熱的クリープ現象
を生じ難くなり、はんだめっき線がはんだ付け部から脱
落する事故がなくなってはんだ接続部の信頼性が向上す
る。(3) めっき表面が硬くなり、傷がつき難くくはんだ
めっき線の外観不良が減少する。(4) 人体に有害な鉛成
分を含有していないので、健康面、環境面の安全性が確
保される。

【図面の簡単な説明】 【図１】はんだめっき線の構成を示す断面図である。 【図２】はんだめっき線の製造工程の１例を示す説明図
である。 【図３】はんだめっき線をプリント基板へろう接した状
態の説明図であり、同図(a) は接合状態を示す断面図、
同図(b) は同図(a) のＡ部拡大図である。 【図４】耐熱クリープ特性試験の試験方法を示す説明図
である。 【符号の説明】 １ 錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線 ２ 金属素線 ３ 錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき層 ４ 錫、銀拡散層 ５ ろう材 ６ 錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき浴槽 ７ 錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき液 ８ 不活性ガス ９ 不活性ガス雰囲気層 10 不活性ガス導管 11 金属素線導入口 12 錫−ビスマス−銀−銅合金はんだめっき線導出口 13 滑車 14 プリント基板 15 スルーホール 16 銅張り層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂 研二 長野県上田市大字大屋300番地 東京特殊 電線株式会社上田工場内 Ｆターム(参考） 4K027 AA06 AA25 AB08 AB50 AE03

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ビスマスが1.0 〜30.0重量％、銀が0.5
   〜10.0重量％、銅が0.01〜2.0 重量％、残部が錫および
   不可避的不純物からなるはんだめっき層３を金属素線２
   外周に設けたことを特徴とするはんだめっき線。