説明

ハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板

【課題】 高温多湿の雰囲気下で経時した後のハンダ濡れ性に優れた樹脂被覆めっき金属板を提供する。
【解決手段】 鋼板にSn、Zn、Cu、Niのいずれか1種からなる単層、またはこれらのいずれかの金属2種以上を積層してなる複層、もしくはこれらの金属からなる合金層のめっきを施しためっき鋼板や、Al基板にZn層、Ni層、Sn層などを形成した表面処理Al板などのめっき金属板の上に、エーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂皮膜を被覆して樹脂被覆金属板とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板、特に高温多湿の雰囲気下で経時した後のハンダ濡れ性に優れた樹脂被覆めっき金属板に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に半田付けの可能なSnめっき鋼板、Pb−Snめっき鋼板、Cuめっき鋼板、Znめっき鋼板などのめっき鋼板は、使用される環境に一定期間以上さらされた際にめっき表面に酸化皮膜が成長し、ハンダの濡れ性が低下する。そのため、これらのめっき鋼板においては経時した際のめっき層の酸化膜の成長によるハンダの濡れ性の低下を抑制するめっき鋼板が求められている。
【0003】
また、近年では電子機器の小型化および軽量化が求められており、それにともなってこれらの電子機器の部品である端子板やプリント基板などの部品についても小型化および軽量化も求められ、軽量でかつ熱伝導性に優れたAl板に半田付けが可能なめっき層を形成した表面処理Al板が提案されその使用が試みられているが、同様に経時した際のめっき層の酸化膜の成長によるハンダの濡れ性の低下を抑制することが求められている。
【0004】
めっき鋼板のハンダの濡れ性の低下を抑制する技術として、水系ウレタン樹脂、防錆剤、シリカ、酸化防止剤を含有してなる後処理液をめっき鋼板に塗布し乾燥して皮膜を形成させる方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。また、Al基板表面にZn層、Ni層、Sn層を形成した表面処理Al板上に水系ウレタン樹脂からなるハンダ性を向上させる層を形成する方法を提案されている(例えば特許文献2参照)。しかし、これらの方法では、高温多湿の雰囲気下に長期間経時した後のハンダ濡れ性の低下を十分に抑制できないことが判明した。
【0005】
本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
【特許文献1】特開2004−218050号公報
【特許文献2】特開2004−263210号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、高温多湿の雰囲気下で経時した後のハンダ濡れ性に優れた樹脂被覆めっき金属板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成する本発明のハンダ濡れ性に優れた樹脂被覆めっき金属板は、めっき金属板にエーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂皮膜を被覆してなるハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板(請求項1)であり、
上記(請求項1)のハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板において、めっき金属板が、鋼板表面にSn、Zn、Cu、Niのいずれか1種からなる単層、またはこれらのいずれかの金属2種以上を積層してなる複層、もしくはこれらのいずれかの金属の少なくとも1種を含む単層または複層の合金層を形成してなること(請求項2)、または
めっき金属板が、Al基板表面に基板側から順にZn層、Ni層を形成してなること(請求項3)、または
めっき金属板が、Al基板表面に基板側から順にZn層、Ni層、Sn層を形成してなること(請求項4)を特徴とし、さらに
上記(請求項1〜4)のいずれかのハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板において、80℃、85%RHの雰囲気下で1週間経時した後のめっき金属板の、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が5秒以下であること(請求項5)を特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明のハンダ濡れ性に優れた樹脂被覆めっき金属板は、鋼板にSn、Zn、Cu、Niなどのめっきを施しためっき鋼板や、Al基板にZn層、Ni層、Sn層などを形成した表面処理Al板などのめっき金属板の上に、エーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂皮膜を被覆して樹脂被覆金属板とすることにより、高温多湿の雰囲気下で長期間経時してもハンダ濡れ性の低下を大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の樹脂被覆めっき金属板のめっき金属板としては、鋼板にめっきを施しためっき鋼板、またはAl基板にZn層と、その上にNi層、またはさらにNi層上にSn層を形成した表面処理Al板を用いる。めっき鋼板は、鋼板表面にSn、Zn、Cu、Niのいずれか1種の純金属からなる単層のめっき層、またはこれらのいずれかの純金属2種以上を積層してなる複層のめっき層、もしくはこれらのいずれかの金属の少なくとも1種を含む合金、例えばSn−Zn、Sn−Bi、Sn−Cu、Sn−Ni、Sn−Ag、Zn−Cu、Zn−Ni、Zn−Al、Zn−Fe、Zn−Co、Cu−Ni、Cu−Be、Cu−Sn−Pなどからなる合金めっき層などを用途に応じて選択する。鋼板上へのこれらのめっき層の形成は、溶融めっき、無電解めっき、電気めっきなどを適宜選択する。また、単層または複層のめっき層を形成した後、加熱して鋼板とめっき層、およびめっき層同士の各構成金属原子を熱拡散させて単層または複層の合金層を形成してもよい。このようにしてめっき鋼板を得ることができる。、
【0010】
表面処理Al板の基板となるAlとしては、0.05〜1.5mmの厚さの純Al板およびJIS規格の1000系、2000系、3000系、5000系、6000系、7000系のいずれのAl合金も用いることができる。これらの純AlやAl合金からなるAl基板を脱脂し、次いで酸性エッチングし、引き続きスマットを除去した後、Znを置換めっきする。Znの置換めっきは、硝酸浸漬処理した後、Znによる置換めっき処理を行う。Zn置換めっき処理は第一Zn置換めっき処理、第二Zn置換めっき処理の2回の工程に分けて行ってもよい。この場合、各工程の処理後には水洗処理を実施する。この第一Zn置換めっき処理および第二Zn置換めっき処理により形成するZnめっき層は、この置換めっき処理後にNiめっきを施す際にわずかに溶解するので、Zn層の皮膜量としてはNiめっき後の状態で5〜500mg/mであることが好ましく、30〜300mg/mであることがより好ましい。皮膜量は処理液中のZnイオン濃度および第二Zn置換めっき処理において処理液中に浸漬する時間を適宜選択して調整する。皮膜量が5mg/m未満であるとZn層の上に形成するNiめっき層との密着性に乏しくなり、曲げ加工を施した際にめっき層が剥離しやすくなる。一方、皮膜量が500mg/mを超えるとNiめっきが不均一になり、ハンダ強度が低下する。
【0011】
次いで、このようにして形成されたZn層の上にNi層をめっきにより形成する。Niめっきは電気めっき法または無電解めっき法のいずれを用いて形成してもよい。無電解めっき法を用いる場合は、還元剤としてP化合物やB化合物を用いるので、Niめっき皮膜はNi−P合金やNi−B合金からなる皮膜として形成するが、電気めっき法による純Niからなる皮膜と同様に、めっき皮膜のAl基板に対する密着性や、優れたハンダ濡れ性およびハンダ強度が得られる。このようにして得られるNi層は、皮膜量として0.2〜50g/mであることが好ましく、1〜10g/mであることがより好ましい。皮膜量が0.2g/m未満であるとNi層がZn層の全面を均一に被覆することができないので十分なハンダ強度が得られない。一方、皮膜量が50g/mを超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。
【0012】
上記のようにZnを置換めっきし、次いでNiをめっきする場合、Al基板上に析出したZnがNiめっき時にNiめっき浴中にわずかに溶解するので、長時間の連続めっき作業によりNiめっき浴中にZnが増加した結果、置換めっきにより形成したZn層上にNi−Zn合金として形成するようになる。Niめっき浴中に溶解したZnを除去手段を用いて除去してもよいが、Zn層上にNiめっき層の替りにNi−Zn合金層が形成しても特に問題はない。
【0013】
次いで、公知の電気めっき法を用いてNi層上またはNi−Zn合金層上にSn層を形成する。Sn層はめっき皮膜量として0.2〜20g/mであることが好ましく、1〜10g/mであることがより好ましい。皮膜量が0.2g/m未満であると非活性のフラックスを用いた場合にハンダが濡れにくくなる。一方、皮膜量が20g/mを超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。また、Snめっき層を形成した後にSnの融点未満または融点以上の温度に加熱してNi層とSn層の間に合金層を形成して密着性を向上してもよい。このようにしてAl基材上に基材側から順にZn層、Ni層またはNi−Zn合金層、Sn層を形成し表面処理Al板を得ることができる。
【0014】
次に、以上のようにして得られるめっき鋼板や表面処理Al板などのめっき金属板に被覆する樹脂皮膜について説明する。昨今では電子機器の製造は中国や東南アジアなどの高温多湿の地域で行われることが多くなり、部品のハンダ付け作業も高温多湿の環境下で行われるので、ハンダ付けが施されるめっき金属板はハンダ付けを施される前に高温多湿の環境下でストック経時されたものを用いる場合が少なくなく、めっき金属板表面に酸化物皮膜が生成してハンダ濡れ性が劣化してしまい、良好なハンダ付けの状態が安定して得られなくなっている。本発明者等はめっき金属板に樹脂皮膜を被覆することにより、めっき金属表面に酸化物皮膜が生成することを防止することを試みた。めっき金属板に被覆する樹脂皮膜は、めっき金属表面に酸化物皮膜が生成することによるハンダ濡れ性の劣化を防止するとともに、樹脂皮膜自体がハンダ濡れ性やハンダ強度を阻害しないものでなくてはならない。このような特性を有する樹脂皮膜、特にめっき金属板に塗布し乾燥して皮膜生成させる作業環境において無害な水系樹脂について研究した結果、水系ウレタン樹脂やフラックス効果を有する水溶性ロジンを添加したアクリル樹脂が有効であることを見いだしていた。しかし、めっき金属板を高温多湿の環境下で長期間経時した場合、これらの樹脂皮膜を被覆しても、ハンダ濡れ性の低下の十分な抑制効果が得られなかった。
【0015】
本発明者等は、めっき金属板を高温多湿の環境下で長期間経時した後もハンダ濡れ性が低下することのない樹脂皮膜について鋭意検討した結果、エーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂をめっき金属板に被覆する樹脂皮膜として適用することが有効であることを見いだし、本発明に至ったものである。すなわち、エーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系アクリル樹脂をめっき金属板に塗布し乾燥させて有機樹脂層を形成する。水系樹脂の濃度は100〜900g/Lであることが好ましい。乾燥後の有機樹脂層の厚さは0.01〜1μmであることが好ましい。0.01μm未満では充分なフラックス効果が得られず、1μmを超えてもフラックス効果の向上は飽和してコスト的に有利でなくなる。以上のようにして、本発明のハンダ性に優れためっき金属板を得ることができる。
【実施例】
【0016】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
[めっき鋼板の作成]
焼鈍および調質圧延を施した鋼板(板厚0.3mm)をめっき原板として、アルカリ脱脂、および硫酸酸洗による清浄化処理を行った後、表1に示す金属または合金を、電気めっき法を用いて表1に示すめっき量でめっきし、めっき番号A〜Fで示すめっき鋼板を作製した。
【0017】
【表1】

【0018】
[表面処理Al板の作成]
Al板(JIS 5052、厚さ:0.5mm)をアルカリ液中で脱脂し、次いで硫酸中に浸漬するエッチング処理を施し、引き続いて硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム:150g/L、ロッシェル塩:50g/L、酸化亜鉛:25g/L、塩化第一鉄:1.5g/Lを含む処理液中に浸漬する第一Zn置換めっき処理を行い、次いで400g/Lの硝酸水溶液中に浸漬して置換析出したZnを除去した後、第一Zn置換めっき処理で用いたのと同一の処理液中に浸漬して第二Zn置換めっき処理を行い、約200mg/mの皮膜量のZn層を形成したZnめっきAl板を得た。
【0019】
次いで、これらのZnめっきAl板に無電解めっき法を用いて、Zn層上にNi−12重量%P合金からなるNiめっき皮膜を約15g/mの皮膜量で形成し、表1にめっき番号Gで示す表面処理Al板とした。このめっき番号Gの表面処理Al板の一部に、引き続いてNiめっき皮膜上に電気めっき法を用いてSnめっき皮膜を、約5g/mの皮膜量で形成し、表1にめっき番号Hで示す表面処理Al板とした。
【0020】
次いで、めっき番号A〜Fで示すめっき鋼板、およびめっき番号GおよびHで示す表面処理Al板を、エーテル骨格を有する水系ウレタン樹脂(製品名:アデカボンタイターHUX−350、旭電化工業株式会社製)の水溶液(樹脂濃度550g/L)中に浸漬した後乾燥し、0.3μmの厚さの有機樹脂皮膜を形成し、試料番号1〜8で示す供試板を作成した。また、ポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂(製品名:アデカボンタイターHUX−386、旭電化工業株式会社製の水溶液(樹脂濃度550g/L)中に浸漬した後乾燥し、0.3μmの厚さの有機樹脂皮膜を形成し、試料番号9〜16で示す供試板を作成した。さらに比較用として、エステル骨格を有する水系ウレタン樹脂(製品名:アデカボンタイターHUX−232、旭電化工業株式会社製)の水溶液(樹脂濃度550g/L)中に浸漬した後乾燥し、0.3μmの厚さの有機樹脂皮膜を形成し、試料番号17〜24で示す供試板を作成した。
【0021】
[特性評価]
上記のようにして得られた試料番号1〜24の供試板を、下記の特性について評価した。
[ハンダ濡れ性]
メニスコグラフ法(MIL−STD−883B)により、SOLDERCHECKER(MODEL SAT−5000、RHESCA製)を使用し、上記の各供試板から切り出した幅7mmの試片をフラックス(EC−19S−8、タムラ化研製)に浸漬し、その後225℃に保持したSn(42%)−Bi(57%)−Ag(1%)の組成を有するハンダ浴(タルチンケスター(株)製)に前記のフラックスを塗布した試片を、浸漬速度2mm/秒で2mm浸漬し、ハンダが濡れるまでの時間(ゼロクロスタイム)を測定し、下記に示す基準でハンダ濡れ性を評価した。短時間であるほどハンダ濡れ性が良好であることを示す。なお、試験は試料作製直後と恒温恒湿(80℃、85%RH)で1週間経時後の2通りで行った。◎および○を合格範囲とした。
◎:3秒以下、○:3秒を超え、かつ5秒以下、△:5秒を超え、かつ10秒以下、 ×:10秒を超え
【0022】
[ハンダ強度]
上記の各供試板から切り出した幅7mm、長さ50mmの試片をL字型に折り曲げた2つの切り出し片を、評価面を向かい合わせてT字状になるように重ね、T字の縦棒の部分に厚さ0.5mmの鋼板を挟み、T字の縦棒の下部に0.5mmの空隙部を形成した試片を作成した。この試片の空隙部に上記のハンダ濡れ性の評価に用いたのと同様のフラックスを塗布した後、ソルダーチェッカー(SAT−5000、レスカ製)を用い、250℃に保持した上記のハンダ浴に試片の空隙部を10mmの深さまで浸漬し5秒間保持して空隙部にハンダを充填した後取り出し、Tピール試験片とした。次いでテンシロンを用い、Tピール試験片のT字の横棒の部分をチャックで挟んで引っ張ってT字の縦棒の部分のハンダ充填部を引き剥がし、このときの引張強度をハンダ強度として測定し、下記の基準でハンダ強度の優劣を評価した。下記○と◎を合格範囲とした。
◎:4kgf/7mm以上
○:3〜4kgf/7mm未満
△:1〜3kgf/7mm未満
×:1kgf/7mm未満
これらの特性評価結果を表2及び表3に示す。
【0023】
【表2】

【0024】
【表3】

【0025】
表2及び表3に示すように、エーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂を被覆した本発明のハンダ製に優れためっき金属板は、高温多湿の環境下で長時間経時した後もハンダ濡れ性の劣化が極めて小さく、ハンダ強度も優れている。
【産業上の利用可能性】
【0026】
鋼板にSn、Zn、Cu、Niなどのめっきを施しためっき鋼板や、Al基板にZn層、Ni層、Sn層などを形成した表面処理Al板などのめっき金属板の上に、エーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂皮膜を被覆して樹脂被覆金属板とした本発明のハンダ濡れ性に優れた樹脂被覆めっき金属板は、80℃、85%RHの環境下で1週間経時した後のハンダ濡れ性の劣化が極めて小さい。そのため高温多湿の環境下で長期間経時した後にハンダ付けを施しても、ハンダ濡れ性の低下を大幅に抑制することが可能となり、安定したハンダ性を発現することができる。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
めっき金属板にエーテル骨格またはポリカーボネート骨格を有する水系ウレタン樹脂皮膜を被覆してなる、ハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板。
【請求項2】
めっき金属板が、鋼板表面にSn、Zn、Cu、Niのいずれか1種からなる単層、またはこれらのいずれかの金属2種以上を積層してなる複層、もしくはこれらのいずれかの金属の少なくとも1種を含む単層または複層の合金層を形成してなる、請求項1に記載のハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板。
【請求項3】
めっき金属板が、Al基板表面に基板側から順にZn層、Ni層を形成してなる、請求項1に記載のハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板。
【請求項4】
めっき金属板が、Al基板表面に基板側から順にZn層、Ni層、Sn層を形成してなる、請求項1に記載のハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板。
【請求項5】
80℃、85%RHの雰囲気下で1週間経時した後のめっき金属板の、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が5秒以下である、請求項1〜4のいずれかに記載のハンダ性に優れた樹脂被覆めっき金属板。


【公開番号】特開2006−342395(P2006−342395A)
【公開日】平成18年12月21日(2006.12.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−169181(P2005−169181)
【出願日】平成17年6月9日(2005.6.9)
【出願人】(390003193)東洋鋼鈑株式会社 (265)
【Fターム(参考)】