はんだ層形成部材の製造方法
【課題】 本発明の目的は、従来とは異なる方法で、酸化表面に対して十分な接合強度を得ることができる、はんだ層形成部材の製造方法を提供することである。
【解決手段】 本発明は酸化表面を有する部材の該表面に過酸化水素水を供給し、次いで前記過酸化水素水の供給位置に溶融はんだを供給して、前記表面にはんだ層を形成するはんだ層形成部材の製造方法である。前記過酸化水素水の過酸化水素濃度は、０．１質量％〜１０質量％であることが好ましい。また、本発明で用いる溶融はんだは、ＳｎＡｇＡｌ系合金であることが好ましい。
【解決手段】 本発明は酸化表面を有する部材の該表面に過酸化水素水を供給し、次いで前記過酸化水素水の供給位置に溶融はんだを供給して、前記表面にはんだ層を形成するはんだ層形成部材の製造方法である。前記過酸化水素水の過酸化水素濃度は、０．１質量％〜１０質量％であることが好ましい。また、本発明で用いる溶融はんだは、ＳｎＡｇＡｌ系合金であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガラス等の酸化物よりなる酸化表面にはんだ層を形成した、はんだ層形成部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス等の酸化表面を有する部材を接合する分野には、特許文献１に開示されるように、一対のガラス基板を接合するために、予めそれぞれのガラス基板にはんだ層を形成することが行われている。そして、具体的なはんだ層形成には、溶融はんだに超音波を印加する方法が開示されている。
【０００３】
はんだ層をガラス基板等に形成させようとする時に超音波を印加すると、表面に存在する気泡や異物が超音波により除去され、はんだとガラス基板等との接合界面における接合性は向上するという利点がある。
【０００４】
また、特許文献２には、２枚の板状体の広い面積をはんだによって接合する技術が開示されている。特許文献２は、２枚の板状体の各々片面のはんだ付けすべき領域全体に溶融したはんだによる被覆を形成し、この被覆の端縁同志を接触させ、被覆同士を摺り合わせて接触合体させて冷却し、はんだを凝固させることにより板状体同士をはんだ付けする方法が開示されている。
この方法によれば、溶融はんだ材で構成された被覆同士の摺り合わせ合体動作により、当該被覆表面を覆っていた酸化物層を扱き出し、酸化物を含まない清浄なはんだによる板状体同士の接合を実現することができるため、健全な接合界面を得ることができるという利点がある。
【０００５】
また、ガラスやセラミックスといった酸化表面を有する部材を接合するのに適した酸化物接合用のはんだ合金として、本出願本はＳｎを主成分とし、ＡｇとＡｌを添加した酸化物接合用はんだ合金を提案している（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００２−１８４３１３号公報
【特許文献２】特開平６−１１４５４９号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７−００７８４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるはんだに超音波を印加する方法は有効であるが、単に超音波を印可するだけでは酸化表面と形成したはんだ層との間に十分な接合強度を得ることができない場合があり、より確実な方法の開発が望まれている。
また、特許文献２に開示される接合方法では、工業上の生産性の点では、板状体を摺り合わせる際のはんだの取扱いが難しいという問題がある。加えて、摺り合わせて接触合体するために、接合する部材の形状が限られる上、接合するために多大な工数が必要となるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、従来とは異なる方法で、酸化表面に対して十分な接合強度を得ることができるはんだ層形成部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、はんだ層形成の前処理として酸化表面にあらかじめ過酸化水素水を供給しておくことで、飛躍的に接合強度を高めることができることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、酸化表面を有する部材の該表面に過酸化水素水を供給し、次いで前記過酸化水素水の供給位置に溶融はんだを供給して、前記表面にはんだ層を形成するはんだ層形成部材の製造方法である。
前記過酸化水素水の過酸化水素濃度は、０．１質量％〜１０質量％であることが好ましい。
また、本発明で用いる溶融はんだは、ＳｎＡｇＡｌ系合金であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来にない新しい方法により、酸化表面に対して十分な接合強度を有するはんだ層を形成できるため、酸化表面を有する部材の接合における溶融はんだの取扱いと接合工数の削減を飛躍的に改善することができ、たとえばガラスやセラミックスといった酸化表面を有する部材の接合にとって欠くことのできない技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の重要な要件は、はんだ層形成の前処理として酸化表面に、あらかじめ過酸化水素水を供給しておくことにある。その理由を以下に説明する。
【００１２】
酸化表面のはんだ接合において、はんだとの接合機構としては、はんだと酸化表面に酸素を媒介とした化学結合が寄与しているものと予想される。したがって、接合時の酸素の存在は良好な接合を行うための重要な要素である。加熱によって分解され酸素を生じる過酸化水素水であれば、溶融はんだと酸化表面へ酸素を供給することができる。
加えて、過酸化水素水は加熱により分解すると水と酸素になる。水は、はんだ接合部が沸点以上に加熱されるため、蒸発し、酸化表面に残渣を残さない。酸素は、はんだ接合に寄与しないものが気体になり、接合部および酸化物表面に残らない。さらに、分解時に生じるオゾンは酸化物表面の不純物である有機成分とも反応しクリーニング効果も期待できる。
【００１３】
過酸化水素水が加熱により発生する酸素量は、過酸化水素の濃度に比例する。したがって、濃度は０．１質量％未満であれば充分な酸素発生量が得られず、充分な接続強度が得られないため、０．１質量％以上が好ましい。さらに好ましくは１．０質量％以上である。
しかしながら、過酸化水素水は強い腐食性を持つため、高い濃度であると溶融はんだやはんだ供給装置などを腐食する。したがって、１０質量％を超える濃度であれば、過酸化水素水の持つ腐食性の影響が避けられないため、１０質量％以下であることが好ましい。さらに好ましくは５．０質量％以下である。
【００１４】
本発明における過酸化水素水の層は、酸化表面とはんだとの接合を助ける役割を担う。したがって、用いるはんだ合金は、たとえばＳｎＡｇＡｌ合金のような、酸化表面を有する部材と接合が容易なはんだを適用することが、工数削減という意味で望ましい。
また、たとえばガラス表面にはんだ層を供給しようとする場合に、はんだの融点が高すぎるとヒートショックによりガラスが割れる可能性もある。本発明に適用するはんだは、酸化表面を有する部材の特性に合わせたものを選択することが望ましい。
【００１５】
また、過酸化水素水は、沸点が１５０℃以下であるため、融点の高いはんだを用いると、過酸化水素水中で溶融状態を保てなくなる場合もある。したがって、本発明において、好ましいはんだとしては、溶け出し温度が少なくとも３００℃以下である。
ＳｎＡｇＡｌ合金（Ａｇ：２．０〜１５．０質量％、Ａｌ：０．１〜６．０質量％、残部Ｓｎおよび不可避的不純物）であれば、はんだの溶け出し温度が２００〜３００℃であり、本発明のはんだ層形成部材の製造方法に最適である。
また、上記ＳｎＡｇＡｌ合金に、その他の添加元素として、Ｙ：０．５０質量％以下やＧｅ：０．５０質量％以下を添加してもよい。
【００１６】
なお、本発明は、従来の酸化表面へのはんだ層形成技術とは別の視点からの技術開発であって、従来方法と組み合わせることを否定するものではない。たとえば、超音波を印可したり、酸化表面を有する部材を加熱したりする方法を組み合わせることもできる。
また、本発明は過酸化水素水からの酸素供給という原理に基づいた酸化表面とはんだとの接合強度の改善であり、本発明でいう酸化表面を有する部材としては、各種ガラスやセラミックスだけでなく、金属表面に酸化層を形成するアルミニウム、ステンレス等への適用も期待できる。
【実施例１】
【００１７】
酸化表面を有する部材として、エタノールで脱脂し純水で洗浄した後乾燥させた５０ｍｍ角、厚さ３ｍｍのソーダガラス基板を準備した。また、使用するはんだとして、直径１ｍｍの線材形状を有するＳｎＡｇＡｌはんだ合金（８．５質量％Ａｇ、０．３５質量％Ａｌ、残部Ｓｎおよび不可避的不純物）を準備した。
本実施例において、はんだ層形成部材を製造する装置として、超音波はんだ付け装置（サンボンダー、形式ＵＳＭ−ＩＩＩ、黒田テクノ（株）製）を用い、超音波を印可しない条件で適用した。
【００１８】
先ず、常温においてソーダガラス基板２の表面に過酸化水素濃度３質量％の過酸化水素水をスポイトでソーダガラス基板２の表面に液滴が連なるように塗布した。
次いで、図１ａに示すように、加熱したはんだこて３の先端ではんだ線４を溶融させ、図１ｂに示すように、溶融はんだとはんだこて３の先端をソーダガラス基板２の表面に接触させるように過酸化水素水の層１へ漬け、図１ｃに示すように、はんだ線４とはんだこて３の先端を移動させながらはんだを供給し、はんだ層５を形成した。
【００１９】
ソーダガラス基板にはんだ層が確実に形成されているかを確かめるために、ニチバン（株）製のセロハンテープをはんだ表面に貼り付け、引き剥がし試験を行なった。
はんだ層形成部材の引き剥がし試験を実施した結果、接合部は強固に密着しており、はんだ層は引き剥がすことができなかった。このとき、はんだ表面は酸化物の発生が抑制されており、金属光沢が観察された。
本発明のはんだ層形成部材の製造方法によれば、充分な接合が可能で、かつ、はんだ表面の酸化物生成抑制を実現することが確認できた。
【００２０】
一方、比較例として、過酸化水素水の塗付を行なわず、常温においてソーダガラス基板表面へはんだ付けを実施し、本発明例と同様にニチバン（株）製のセロハンテープをはんだ表面に貼り付け、引き剥がし試験を行なった。
はんだ層形成部材の引き剥がし試験を実施した結果、はんだ層は容易に引き剥がすことができた。
【実施例２】
【００２１】
直径１ｍｍの線材形状を有するＳｎＡｇＡｌＹＧｅはんだ合金（８．５質量％Ａｇ、０．３５質量％Ａｌ、０．０７５質量％Ｙ、０．０３質量％Ｇｅ、残部Ｓｎおよび不可避的不純物）を使用して、実施例１と同じ条件で、酸化表面を有する部材にはんだ層を形成した。酸化表面を有する部材には、実施例１と同じ３０ｍｍ角、厚さ５ｍｍのソーダガラス基板を使用した。
【００２２】
実施例１と同様の引き剥がし試験を行なった結果、本発明例では、接合部は強固に密着しており、はんだ層を引き剥がすことができなかった。このとき、はんだ表面は酸化物の発生が抑制されており、金属光沢が観察された。
【００２３】
さらに、ガラス基板上のはんだ層の接合度合を確認するために、ピンセットを用いて引き剥がし試験を実施した結果、はんだ層を引き剥がすことができたが、ソーダガラス基板表面には、はんだが残っており、ソーダガラス基板と強固に接合していたことが確認できた。これにより、本発明のはんだ層形成部材の製造方法によれば、はんだ組成を替えても充分な接合が可能で、かつ、はんだ表面の酸化物生成抑制を実現することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のはんだ層形成部材の製造方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１．過酸化水素水、２．ガラス基板、３．はんだこて、４．はんだ線、５．はんだ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガラス等の酸化物よりなる酸化表面にはんだ層を形成した、はんだ層形成部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス等の酸化表面を有する部材を接合する分野には、特許文献１に開示されるように、一対のガラス基板を接合するために、予めそれぞれのガラス基板にはんだ層を形成することが行われている。そして、具体的なはんだ層形成には、溶融はんだに超音波を印加する方法が開示されている。
【０００３】
はんだ層をガラス基板等に形成させようとする時に超音波を印加すると、表面に存在する気泡や異物が超音波により除去され、はんだとガラス基板等との接合界面における接合性は向上するという利点がある。
【０００４】
また、特許文献２には、２枚の板状体の広い面積をはんだによって接合する技術が開示されている。特許文献２は、２枚の板状体の各々片面のはんだ付けすべき領域全体に溶融したはんだによる被覆を形成し、この被覆の端縁同志を接触させ、被覆同士を摺り合わせて接触合体させて冷却し、はんだを凝固させることにより板状体同士をはんだ付けする方法が開示されている。
この方法によれば、溶融はんだ材で構成された被覆同士の摺り合わせ合体動作により、当該被覆表面を覆っていた酸化物層を扱き出し、酸化物を含まない清浄なはんだによる板状体同士の接合を実現することができるため、健全な接合界面を得ることができるという利点がある。
【０００５】
また、ガラスやセラミックスといった酸化表面を有する部材を接合するのに適した酸化物接合用のはんだ合金として、本出願本はＳｎを主成分とし、ＡｇとＡｌを添加した酸化物接合用はんだ合金を提案している（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００２−１８４３１３号公報
【特許文献２】特開平６−１１４５４９号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７−００７８４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるはんだに超音波を印加する方法は有効であるが、単に超音波を印可するだけでは酸化表面と形成したはんだ層との間に十分な接合強度を得ることができない場合があり、より確実な方法の開発が望まれている。
また、特許文献２に開示される接合方法では、工業上の生産性の点では、板状体を摺り合わせる際のはんだの取扱いが難しいという問題がある。加えて、摺り合わせて接触合体するために、接合する部材の形状が限られる上、接合するために多大な工数が必要となるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、従来とは異なる方法で、酸化表面に対して十分な接合強度を得ることができるはんだ層形成部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、はんだ層形成の前処理として酸化表面にあらかじめ過酸化水素水を供給しておくことで、飛躍的に接合強度を高めることができることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、酸化表面を有する部材の該表面に過酸化水素水を供給し、次いで前記過酸化水素水の供給位置に溶融はんだを供給して、前記表面にはんだ層を形成するはんだ層形成部材の製造方法である。
前記過酸化水素水の過酸化水素濃度は、０．１質量％〜１０質量％であることが好ましい。
また、本発明で用いる溶融はんだは、ＳｎＡｇＡｌ系合金であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来にない新しい方法により、酸化表面に対して十分な接合強度を有するはんだ層を形成できるため、酸化表面を有する部材の接合における溶融はんだの取扱いと接合工数の削減を飛躍的に改善することができ、たとえばガラスやセラミックスといった酸化表面を有する部材の接合にとって欠くことのできない技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の重要な要件は、はんだ層形成の前処理として酸化表面に、あらかじめ過酸化水素水を供給しておくことにある。その理由を以下に説明する。
【００１２】
酸化表面のはんだ接合において、はんだとの接合機構としては、はんだと酸化表面に酸素を媒介とした化学結合が寄与しているものと予想される。したがって、接合時の酸素の存在は良好な接合を行うための重要な要素である。加熱によって分解され酸素を生じる過酸化水素水であれば、溶融はんだと酸化表面へ酸素を供給することができる。
加えて、過酸化水素水は加熱により分解すると水と酸素になる。水は、はんだ接合部が沸点以上に加熱されるため、蒸発し、酸化表面に残渣を残さない。酸素は、はんだ接合に寄与しないものが気体になり、接合部および酸化物表面に残らない。さらに、分解時に生じるオゾンは酸化物表面の不純物である有機成分とも反応しクリーニング効果も期待できる。
【００１３】
過酸化水素水が加熱により発生する酸素量は、過酸化水素の濃度に比例する。したがって、濃度は０．１質量％未満であれば充分な酸素発生量が得られず、充分な接続強度が得られないため、０．１質量％以上が好ましい。さらに好ましくは１．０質量％以上である。
しかしながら、過酸化水素水は強い腐食性を持つため、高い濃度であると溶融はんだやはんだ供給装置などを腐食する。したがって、１０質量％を超える濃度であれば、過酸化水素水の持つ腐食性の影響が避けられないため、１０質量％以下であることが好ましい。さらに好ましくは５．０質量％以下である。
【００１４】
本発明における過酸化水素水の層は、酸化表面とはんだとの接合を助ける役割を担う。したがって、用いるはんだ合金は、たとえばＳｎＡｇＡｌ合金のような、酸化表面を有する部材と接合が容易なはんだを適用することが、工数削減という意味で望ましい。
また、たとえばガラス表面にはんだ層を供給しようとする場合に、はんだの融点が高すぎるとヒートショックによりガラスが割れる可能性もある。本発明に適用するはんだは、酸化表面を有する部材の特性に合わせたものを選択することが望ましい。
【００１５】
また、過酸化水素水は、沸点が１５０℃以下であるため、融点の高いはんだを用いると、過酸化水素水中で溶融状態を保てなくなる場合もある。したがって、本発明において、好ましいはんだとしては、溶け出し温度が少なくとも３００℃以下である。
ＳｎＡｇＡｌ合金（Ａｇ：２．０〜１５．０質量％、Ａｌ：０．１〜６．０質量％、残部Ｓｎおよび不可避的不純物）であれば、はんだの溶け出し温度が２００〜３００℃であり、本発明のはんだ層形成部材の製造方法に最適である。
また、上記ＳｎＡｇＡｌ合金に、その他の添加元素として、Ｙ：０．５０質量％以下やＧｅ：０．５０質量％以下を添加してもよい。
【００１６】
なお、本発明は、従来の酸化表面へのはんだ層形成技術とは別の視点からの技術開発であって、従来方法と組み合わせることを否定するものではない。たとえば、超音波を印可したり、酸化表面を有する部材を加熱したりする方法を組み合わせることもできる。
また、本発明は過酸化水素水からの酸素供給という原理に基づいた酸化表面とはんだとの接合強度の改善であり、本発明でいう酸化表面を有する部材としては、各種ガラスやセラミックスだけでなく、金属表面に酸化層を形成するアルミニウム、ステンレス等への適用も期待できる。
【実施例１】
【００１７】
酸化表面を有する部材として、エタノールで脱脂し純水で洗浄した後乾燥させた５０ｍｍ角、厚さ３ｍｍのソーダガラス基板を準備した。また、使用するはんだとして、直径１ｍｍの線材形状を有するＳｎＡｇＡｌはんだ合金（８．５質量％Ａｇ、０．３５質量％Ａｌ、残部Ｓｎおよび不可避的不純物）を準備した。
本実施例において、はんだ層形成部材を製造する装置として、超音波はんだ付け装置（サンボンダー、形式ＵＳＭ−ＩＩＩ、黒田テクノ（株）製）を用い、超音波を印可しない条件で適用した。
【００１８】
先ず、常温においてソーダガラス基板２の表面に過酸化水素濃度３質量％の過酸化水素水をスポイトでソーダガラス基板２の表面に液滴が連なるように塗布した。
次いで、図１ａに示すように、加熱したはんだこて３の先端ではんだ線４を溶融させ、図１ｂに示すように、溶融はんだとはんだこて３の先端をソーダガラス基板２の表面に接触させるように過酸化水素水の層１へ漬け、図１ｃに示すように、はんだ線４とはんだこて３の先端を移動させながらはんだを供給し、はんだ層５を形成した。
【００１９】
ソーダガラス基板にはんだ層が確実に形成されているかを確かめるために、ニチバン（株）製のセロハンテープをはんだ表面に貼り付け、引き剥がし試験を行なった。
はんだ層形成部材の引き剥がし試験を実施した結果、接合部は強固に密着しており、はんだ層は引き剥がすことができなかった。このとき、はんだ表面は酸化物の発生が抑制されており、金属光沢が観察された。
本発明のはんだ層形成部材の製造方法によれば、充分な接合が可能で、かつ、はんだ表面の酸化物生成抑制を実現することが確認できた。
【００２０】
一方、比較例として、過酸化水素水の塗付を行なわず、常温においてソーダガラス基板表面へはんだ付けを実施し、本発明例と同様にニチバン（株）製のセロハンテープをはんだ表面に貼り付け、引き剥がし試験を行なった。
はんだ層形成部材の引き剥がし試験を実施した結果、はんだ層は容易に引き剥がすことができた。
【実施例２】
【００２１】
直径１ｍｍの線材形状を有するＳｎＡｇＡｌＹＧｅはんだ合金（８．５質量％Ａｇ、０．３５質量％Ａｌ、０．０７５質量％Ｙ、０．０３質量％Ｇｅ、残部Ｓｎおよび不可避的不純物）を使用して、実施例１と同じ条件で、酸化表面を有する部材にはんだ層を形成した。酸化表面を有する部材には、実施例１と同じ３０ｍｍ角、厚さ５ｍｍのソーダガラス基板を使用した。
【００２２】
実施例１と同様の引き剥がし試験を行なった結果、本発明例では、接合部は強固に密着しており、はんだ層を引き剥がすことができなかった。このとき、はんだ表面は酸化物の発生が抑制されており、金属光沢が観察された。
【００２３】
さらに、ガラス基板上のはんだ層の接合度合を確認するために、ピンセットを用いて引き剥がし試験を実施した結果、はんだ層を引き剥がすことができたが、ソーダガラス基板表面には、はんだが残っており、ソーダガラス基板と強固に接合していたことが確認できた。これにより、本発明のはんだ層形成部材の製造方法によれば、はんだ組成を替えても充分な接合が可能で、かつ、はんだ表面の酸化物生成抑制を実現することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のはんだ層形成部材の製造方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１．過酸化水素水、２．ガラス基板、３．はんだこて、４．はんだ線、５．はんだ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化表面を有する部材の該表面に過酸化水素水を供給し、次いで前記過酸化水素水の供給位置に溶融はんだを供給して、前記表面にはんだ層を形成することを特徴とするはんだ層形成部材の製造方法。
【請求項２】
前記過酸化水素水の過酸化水素濃度が、０．１質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ層形成部材の製造方法。
【請求項３】
前記はんだが、ＳｎＡｇＡｌ系合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだ層形成部材の製造方法。
【請求項１】
酸化表面を有する部材の該表面に過酸化水素水を供給し、次いで前記過酸化水素水の供給位置に溶融はんだを供給して、前記表面にはんだ層を形成することを特徴とするはんだ層形成部材の製造方法。
【請求項２】
前記過酸化水素水の過酸化水素濃度が、０．１質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ層形成部材の製造方法。
【請求項３】
前記はんだが、ＳｎＡｇＡｌ系合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだ層形成部材の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−７２８２７（Ｐ２００９−７２８２７Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１４４８０（Ｐ２００８−２１４４８０）
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（５０７２８５９６８）サンワ化学工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（５０７２８５９６８）サンワ化学工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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