JP2000080460A

JP2000080460A - はんだめっき線

Info

Publication number: JP2000080460A
Application number: JP10222765A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Harada; 秀則原田; Yoichi Okada; 洋一岡田
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-03-21

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、めっき層
からウイスカーが発生することのない、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】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
らなる組成のはんだめっき層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、特にはんだ接続部の耐熱強度を改善した鉛成
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
属素線の外周に錫ー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部材に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観点からはん
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るものが要求さ
れるようになっている。また、電気機器や電子機器の生
産の急増に伴い、電気機器や電子機器が産業廃棄物とし
て処分される数量も増大し、これら廃棄処分された機器
から有害物質が散失することによる環境汚染の問題が指
摘され、有害物質を含有しないはんだめっき線が求めら
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】ところが、錫ー鉛合金
はんだめっき線は、上述のように、めっき作業性、はん
だ接続作業性に優れるなど使用上の利点を多く備えてい
る反面、特性上の問題としてはんだ接続部の耐熱強度の
点で信頼性に劣り、殊に高温環境で使用した場合に錫ー
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。
また、更に環境上の問題として、産業廃棄物として処分
された錫ー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るようになった。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。従
って、人体に有害な鉛を含有しないはんだめっき線の開
発が急務となっていた。

【０００４】有害な鉛を含有しないめっき線として、錫
金属単体をめっきした錫めっき線があり、耐熱強度も比
較的高いことから広く使用されている。しかし、錫めっ
き線にはめっき加工後に錫めっき層から錫の髭状単結
晶、ウイスカーが発生するという性質があり、しかも、
このウイスカーは高温雰囲気に置かれるほどまためっき
厚さが厚くなるほど長く成長する傾向がみられた。この
ため、錫めっき線を高温雰囲気となる電子機器に使用し
たとき、ウイスカーの発生が原因で短絡事故を引き起こ
す危険性があって、高温雰囲気となる電子機器に使用す
るには問題があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、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、ウイ
スカーを発生することもない、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。

【０００６】

【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、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はんだめっき層を金属素
線外周に設けたことを構成上の特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明のはんだめっき線の錫ー銀ー銅合金めっ
き層の作用、効果を図３により説明する。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
ルホール１５へろう材５で接合した状態を示す断面説明
図で、スルホール１５へ挿入された錫ー銀ー銅合金はん
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）ははんだめっ
き線１の錫ー銀ー銅合金めっき層３とろう材５との接合
部分Ａの拡大断面図である。例えば、ろう材５に錫ー鉛
合金はんだを用いた場合の例を図３（ｂ）により説明す
る。ろう接過程ではんだめっき線１の錫ー銀ー銅合金め
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、錫ー銀ー銅合金はんだめっき線１とろう材５との接
合部Ａは、銀と錫成分リッチの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。更に、ろ
う材５に本発明のはんだめっき線１のめっき層３と同じ
組成の錫ー銀ー銅合金ろう材を用いれば、接合部分Ａは
耐熱強度を低下させる鉛成分の含有されない層が形成さ
れ、錫ー銀ー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。

【０００８】次に、発明の錫ー銀ー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の銀の含有量を
０．５％〜１０．０％に限定した理由は、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
ない上、合金はんだの融点がさほど下がらず溶融めっき
性に劣るためである。また、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、また銅の含有量が２．０％より多くなると溶融めっ
き浴中に銅ー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】また、本発明のはんだめっき線１は、めっ
き層３が錫ー銀ー銅合金で形成されているので、錫単体
めっき線に見られるウイスカーの発生は全くなくなる。

【００１０】また、本発明のはんだめっき線１は、めっ
き層３に鉛を含有していないので、健康面や環境面に有
害な影響を及ぼすことがない。

【００１１】

【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、本発明のはんだめっき線１の断面図である。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溶融はんだめっき層３と
からなる。

【００１２】次に、本発明のはんだめっき線１の製造実
施態様を図２の製造工程図に沿って説明する。溶融はん
だめっき浴槽６は、溶融はんだめっき液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。かかる構成の溶融はんだめっき浴槽６
内に、銀３．５％、銅０．５％、残部錫からなる組成の
溶融はんだめっき液７を液温２５０°Ｃ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
ガス雰囲気層で覆う。次に、外径０．５ｍｍの軟銅線２
を銅線導入口１１より溶融はんだめっき液７中に導入
し、溶融はんだめっき液７内にて滑車１３で走行方向を
転換し溶融はんだめっき液７の液面から垂直上方へと引
き出し、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
はんだめっき線１を得た。なお、この溶融はんだめっき
浴槽６では、はんだめっき線１を溶融はんだめっき液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。

【００１３】上記実施態様では、金属素線２に断面円状
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。

【００１４】上記により製造した本発明のはんだめっき
線１について、耐熱クリープ特性の評価試験およびウイ
スカー発生試験を行った結果を以下に記す。

【００１５】−耐熱クリープ特性試験− 本発明の実施例試料には、上記の実施例態様により製造
しためっき厚さ１０μｍ、仕上り外径１０．５２ｍｍの
はんだめっき銅線１を用いた。なお、従来例試料とし
て、外径０．５ｍｍ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の錫ー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１
４の穴径１ｍｍのスルホール１５に試料Ｗを通し、鉛３
７％−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°Ｃ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
価とした。試験結果を表１に示す。なお、表１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、本発明の錫ー銀ー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
していることが分かる。

【００１６】

【００１７】−ウイスカー発生試験− 本発明の実施例試料には、上記耐熱クリープ特性試験に
用いたと同じ構造のめっき厚さ１０μｍ、仕上り外径
０．５２ｍｍのはんだめっき銅線１を用いた。また、比
較例試料として、外径０．５ｍｍの銅線に錫をめっき厚
さ１０μｍに溶融めっきした仕上り外径０．５２ｍｍの
錫めっき銅線を用いた。試料は実施例試料、比較例試料
とも各５本を用意した。ウイスカー発生試験は、各試料
を温度５０°Ｃの恒温槽に入れ、恒温槽に入れてから各
試料にウイスカーが発生するまでの時間を測定した。ウ
イスカーの発生確認は、走査型電子顕微鏡を用い倍率２
０００倍にて観察した。試験結果を表２に示す。なお、
表２の測定時間は試料５本の平均値である。

【００１８】表２の結果から明らかなように、本発明の錫ー銀ー銅合
金はんだめっき線１は短絡事故の原因となるウイスカー
の発生が全く見られないことが確認された。

【００１９】

【発明の効果】本発明の錫ー銀ー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
生じ難くなるので、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り、はんだ接続部の信頼性が向上
する。(2) ウイスカーの発生がないので、ウイスカーを
原因とした短絡事故の危険性がなくなる。(3) 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】本発明のはんだめっき線の１実施例を示す断面
図である。

【図２】本発明のはんだめっき線の製造工程の１実施例
を示す説明図である。

【図３】本発明の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る。同図(a) は接合状態を示す
断面説明図であり、同図(b) は接合部の部分拡大断面説
明図である。

【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錫ー銀ー銅合金はんだめっき線２金属素線３錫ー銀ー銅合金めっき層４錫、銀拡散層５ろう材６はんだめっき浴槽７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はんだめっき線導出口１３滑車１４プリント基板１５スルホール１６銅張り層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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を金属素線外周に設けたことを特
徴とするはんだめっき線。