半田合金
【課題】 半田ごてのこて先の劣化を防止する半田合金を提供する。
【解決手段】 Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする半田合金。 さらに、この半田合金に、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善される。
なし
【解決手段】 Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする半田合金。 さらに、この半田合金に、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善される。
なし
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ごてのこて先の劣化を防止する半田合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００２−１８５８９号公報（特許文献１）で、Sn 主成分にGa を０．００５〜０．２質量％添加した鉛フリーはんだ合金、またSn主成分にGa を０．００５〜０．２質量％添加した鉛フリーはんだ
合金、さらに、これらの鉛フリーはんだの機械的特性を向上させるためにCu 、Sb、Ni、Co、Fe 、Mn、Cr、Mo等を添加したり、融点を低下させるためにBi、In、Zn等を添加したり、また酸化を防止するためにP、Ge等を添加したりすることもできる濡れ性を向上させたSn主成分の鉛フリーはんだが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１８５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、半田ごてのこて先の劣化を防止する半田合金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】
【０００４】
本発明は、Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする半田合金である。
さらに、本発明は、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善される請求項１の半田合金である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、鉛フリー半田合金の主成分であるＳｎにＣｕ、Ｆｅ、およびＧａの３種類の元素を所定の濃度で同時に添加したため、半田ごてのこて先の劣化を防止する。このこて先の劣化とはこて先の食われと酸化を意味し、こて先の食われはＣｕ及びＦｅを添加することにより改善され、こて先の酸化はＧａを添加することにより改善される。
Ｃｕ単独、Ｆｅ単独、およびＧａ単独での添加では、こて先の食われ防止効果及び酸化防止効果は極めて低いが、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＧａを所定の濃度で同時に添加することで、こて先の食われが防止され、半田付性を損なうことなく、酸化が防止される。
同時に添加するＣｕの添加量が０．３重量％未満、Ｆｅの添加量が０．０１重量％未満、およびＧａの添加量が０．００１重量％未満であると、こて先の劣化防止効果は、ほとんど無い。
さらに、同時に添加するＣｕの添加量が３重量％超、Ｆｅの添加量が０．１重量％超であると、半田合金の液相線温度が上昇、および半田合金の流動性が低下することにより、半田付性の低下を招いてしまうために不適である。
また、Ｇａの添加量が０．００４重量％超であると、半田付後に半田合金の表面が白く光沢を放ってしまう場合がある。 この白い光沢は、一般に行われている半田付後の目視による外観検査を行う上で、濡れ不足、微小な亀裂などのいわゆる、半田付不良を発見できない恐れがあり好ましくない。
このため、請求項１の本発明は、Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成る半田合金であり、この半田合金は、半田付性を損なうことなく、半田ごてのこて先の劣化に対して、優れた防止効果を有する。
【０００６】
さらに、本発明によれば、半田付を行う部品や基板によっては、機械的特性が必ずしも十分ではないが、請求項１の上記半田合金に、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善され、半田付部に十分な機械的特性を与える。
Ａｇの添加量が０．１重量％未満、Ｎｉの添加量が０．０５重量％未満、Ｂｉの添加量が０．１重量％未満、およびＭｎの添加量が０．００１重量％未満であると、半田付部の機械的強度の改善にほとんど効果はなく、Ａｇの添加量が４．５重量％超、Ｎｉの添加量が０．５重量％超、およびＭｎの添加量が０．０１重量％超であると、半田合金の液相線温度が上昇し、半田付性の低下を招いてしまうために不適である。
また、Ｂｉの添加量が３．０重量％超であると、半田合金中にＳｎ−Ｂｉの低融点化合物が形成される場合があり、低融点化合物は１４０℃程度の低温で一部の半田合金が溶融する場合があり、強度低下の原因となりうるために好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明をその実施例に基づいて説明する。
ＳｎにＣｕ、Ｆｅ、およびＧａの３種類の元素を同時に添加した、半田合金を用いて、こて先の劣化確認試験を実施した。
Ｃｕが、０．１重量％、０．３重量％、０．７重量％、３．０重量％、Ｆｅが０．００５重量％、０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％、Ｇａが０．００１重量％、０．００４重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなる半田合金を作製した。
作製した半田合金をやに入り半田（やに入り半田のフラックスはＪＩＳ Ｚ ３２８３：２００１によるＡ級品、フラックス含有量３．５％、線径０．８ｍｍ）に加工し、半田付ロボットを用いて、こて先にやに入り半田を供給した。
なお、試験温度は３５０±３℃、１ショットにつき、やに入り半田を５ｍｍ供給し、２００００ショットまで連続供給した後、こて先の外観観察を実施し、こて先の劣化状態の評価を行った。 このときの試験結果を表１に示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】
Ｃｕが０．７重量％、残部がＳｎ、Ｃｕが３．０重量％、残部がＳｎ、Ａｇが３．０重量％、Ｃｕが０．５重量％、残部がＳｎ、Ａｇが３．５重量％、Ｃｕが０．７重量％、残部がＳｎ、Ｆｅが０．１重量％、残部がＳｎ、Ｇａが０．００４重量％、残部がＳｎの各やに入り半田合金の比較例は、２００００ショット後のこて先の劣化が顕著であった。
また、Ｃｕが０．１重量％、Ｆｅが０．００５重量％が添加されたやに入り半田も、２００００ショット後のこて先の劣化が一部で確認された。
その一方で、ＳｎにＣｕが０．３重量％〜３．０重量％、Ｆｅが０．０１重量％〜０．１重量％、およびＧａが０．００１重量％〜０．００４重量％を同時に添加したやに入り半田合金の実施例は、２００００ショット後においてもこて先の劣化がほとんど無かった。
以上の結果、Ｃｕが０．３重量％〜３．０重量％、Ｆｅが０．０１重量％〜０．１重量％、およびＧａが０．００１重量％〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物よりなる半田合金は、こて先の劣化に対して優れた酸化防止効果を持つことが明らかとなった。
【００１０】
次に、ＳｎにＣｕ、Ｆｅ、およびＧａの３種類の元素を同時に添加した上途の半田合金に、さらに機械的特性改善元素を添加した、半田合金の機械的特性を調査するために、半田付部の接合強度試験を実施した。
Ｃｕが０．３重量％、０．５重量％、０．７重量％、３．０重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．０３重量％、０．０５重量％、０．１重量％、Ｇａが０．００１重量％、０．００３重量％、０．００４重量％、Ａｇが０．１重量％、１．０重量％、３．０重量％、４．５重量％、Ｎｉが０．０５重量％、０．１重量％、０．５重量％、Ｂｉが０．１重量％、０．５重量％、３．０重量％、Ｍｎが０．００１重量％、０．０１重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなる半田合金を作製した。
片面基板（材質：紙フェノール、厚さ：１．６ｍｍ、銅パターン、ランド外径：３．５ｍｍ）にφ１．６ｍｍのＣｕ線のピンを差し込み、箔状に加工した半田合金を巻きつけ、こて付による半田付を行った。
フラックスは液状フラックスを用いた（液状フラックスはＪＩＳ Ｚ ３２８３：２００１に相当するＡ級品）。
半田付を行った試験片は、熱応力を除去するために、１００℃恒温槽にて１時間放置した後、引張試験機を用いて最大接合強度を測定し、半田付部の機械的特性を評価した。
なお、接合強度測定は、常温にて、引張速度１０ｍｍ/ｍｉｎで実施した。このときの試験結果を表２に示す。
【００１１】
【表２】
【００１２】
機械的特性改善元素であるＡｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、およびＭｎを添加した半田合金は、機械的特性改善元素を添加していない半田合金と比較して、最大接合強度が約５％から２０％上昇した。
以上の結果、こて先の劣化に対して、優れた防止効果を持つ半田合金に、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％から選ばれる少なくとも一種以上を添加することにより、半田付部に十分な機械的特性を与えることが可能となることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、主に、鉛フリー半田を用いて半田付けを行う場合に用いられる半田ごてのこて先の劣化を防止する場合に使用される。
本発明は、さらに、噴流半田槽にも使用される場合もある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ごてのこて先の劣化を防止する半田合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００２−１８５８９号公報（特許文献１）で、Sn 主成分にGa を０．００５〜０．２質量％添加した鉛フリーはんだ合金、またSn主成分にGa を０．００５〜０．２質量％添加した鉛フリーはんだ
合金、さらに、これらの鉛フリーはんだの機械的特性を向上させるためにCu 、Sb、Ni、Co、Fe 、Mn、Cr、Mo等を添加したり、融点を低下させるためにBi、In、Zn等を添加したり、また酸化を防止するためにP、Ge等を添加したりすることもできる濡れ性を向上させたSn主成分の鉛フリーはんだが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１８５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、半田ごてのこて先の劣化を防止する半田合金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】
【０００４】
本発明は、Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする半田合金である。
さらに、本発明は、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善される請求項１の半田合金である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、鉛フリー半田合金の主成分であるＳｎにＣｕ、Ｆｅ、およびＧａの３種類の元素を所定の濃度で同時に添加したため、半田ごてのこて先の劣化を防止する。このこて先の劣化とはこて先の食われと酸化を意味し、こて先の食われはＣｕ及びＦｅを添加することにより改善され、こて先の酸化はＧａを添加することにより改善される。
Ｃｕ単独、Ｆｅ単独、およびＧａ単独での添加では、こて先の食われ防止効果及び酸化防止効果は極めて低いが、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＧａを所定の濃度で同時に添加することで、こて先の食われが防止され、半田付性を損なうことなく、酸化が防止される。
同時に添加するＣｕの添加量が０．３重量％未満、Ｆｅの添加量が０．０１重量％未満、およびＧａの添加量が０．００１重量％未満であると、こて先の劣化防止効果は、ほとんど無い。
さらに、同時に添加するＣｕの添加量が３重量％超、Ｆｅの添加量が０．１重量％超であると、半田合金の液相線温度が上昇、および半田合金の流動性が低下することにより、半田付性の低下を招いてしまうために不適である。
また、Ｇａの添加量が０．００４重量％超であると、半田付後に半田合金の表面が白く光沢を放ってしまう場合がある。 この白い光沢は、一般に行われている半田付後の目視による外観検査を行う上で、濡れ不足、微小な亀裂などのいわゆる、半田付不良を発見できない恐れがあり好ましくない。
このため、請求項１の本発明は、Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成る半田合金であり、この半田合金は、半田付性を損なうことなく、半田ごてのこて先の劣化に対して、優れた防止効果を有する。
【０００６】
さらに、本発明によれば、半田付を行う部品や基板によっては、機械的特性が必ずしも十分ではないが、請求項１の上記半田合金に、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善され、半田付部に十分な機械的特性を与える。
Ａｇの添加量が０．１重量％未満、Ｎｉの添加量が０．０５重量％未満、Ｂｉの添加量が０．１重量％未満、およびＭｎの添加量が０．００１重量％未満であると、半田付部の機械的強度の改善にほとんど効果はなく、Ａｇの添加量が４．５重量％超、Ｎｉの添加量が０．５重量％超、およびＭｎの添加量が０．０１重量％超であると、半田合金の液相線温度が上昇し、半田付性の低下を招いてしまうために不適である。
また、Ｂｉの添加量が３．０重量％超であると、半田合金中にＳｎ−Ｂｉの低融点化合物が形成される場合があり、低融点化合物は１４０℃程度の低温で一部の半田合金が溶融する場合があり、強度低下の原因となりうるために好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明をその実施例に基づいて説明する。
ＳｎにＣｕ、Ｆｅ、およびＧａの３種類の元素を同時に添加した、半田合金を用いて、こて先の劣化確認試験を実施した。
Ｃｕが、０．１重量％、０．３重量％、０．７重量％、３．０重量％、Ｆｅが０．００５重量％、０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％、Ｇａが０．００１重量％、０．００４重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなる半田合金を作製した。
作製した半田合金をやに入り半田（やに入り半田のフラックスはＪＩＳ Ｚ ３２８３：２００１によるＡ級品、フラックス含有量３．５％、線径０．８ｍｍ）に加工し、半田付ロボットを用いて、こて先にやに入り半田を供給した。
なお、試験温度は３５０±３℃、１ショットにつき、やに入り半田を５ｍｍ供給し、２００００ショットまで連続供給した後、こて先の外観観察を実施し、こて先の劣化状態の評価を行った。 このときの試験結果を表１に示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】
Ｃｕが０．７重量％、残部がＳｎ、Ｃｕが３．０重量％、残部がＳｎ、Ａｇが３．０重量％、Ｃｕが０．５重量％、残部がＳｎ、Ａｇが３．５重量％、Ｃｕが０．７重量％、残部がＳｎ、Ｆｅが０．１重量％、残部がＳｎ、Ｇａが０．００４重量％、残部がＳｎの各やに入り半田合金の比較例は、２００００ショット後のこて先の劣化が顕著であった。
また、Ｃｕが０．１重量％、Ｆｅが０．００５重量％が添加されたやに入り半田も、２００００ショット後のこて先の劣化が一部で確認された。
その一方で、ＳｎにＣｕが０．３重量％〜３．０重量％、Ｆｅが０．０１重量％〜０．１重量％、およびＧａが０．００１重量％〜０．００４重量％を同時に添加したやに入り半田合金の実施例は、２００００ショット後においてもこて先の劣化がほとんど無かった。
以上の結果、Ｃｕが０．３重量％〜３．０重量％、Ｆｅが０．０１重量％〜０．１重量％、およびＧａが０．００１重量％〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物よりなる半田合金は、こて先の劣化に対して優れた酸化防止効果を持つことが明らかとなった。
【００１０】
次に、ＳｎにＣｕ、Ｆｅ、およびＧａの３種類の元素を同時に添加した上途の半田合金に、さらに機械的特性改善元素を添加した、半田合金の機械的特性を調査するために、半田付部の接合強度試験を実施した。
Ｃｕが０．３重量％、０．５重量％、０．７重量％、３．０重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．０３重量％、０．０５重量％、０．１重量％、Ｇａが０．００１重量％、０．００３重量％、０．００４重量％、Ａｇが０．１重量％、１．０重量％、３．０重量％、４．５重量％、Ｎｉが０．０５重量％、０．１重量％、０．５重量％、Ｂｉが０．１重量％、０．５重量％、３．０重量％、Ｍｎが０．００１重量％、０．０１重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなる半田合金を作製した。
片面基板（材質：紙フェノール、厚さ：１．６ｍｍ、銅パターン、ランド外径：３．５ｍｍ）にφ１．６ｍｍのＣｕ線のピンを差し込み、箔状に加工した半田合金を巻きつけ、こて付による半田付を行った。
フラックスは液状フラックスを用いた（液状フラックスはＪＩＳ Ｚ ３２８３：２００１に相当するＡ級品）。
半田付を行った試験片は、熱応力を除去するために、１００℃恒温槽にて１時間放置した後、引張試験機を用いて最大接合強度を測定し、半田付部の機械的特性を評価した。
なお、接合強度測定は、常温にて、引張速度１０ｍｍ/ｍｉｎで実施した。このときの試験結果を表２に示す。
【００１１】
【表２】
【００１２】
機械的特性改善元素であるＡｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、およびＭｎを添加した半田合金は、機械的特性改善元素を添加していない半田合金と比較して、最大接合強度が約５％から２０％上昇した。
以上の結果、こて先の劣化に対して、優れた防止効果を持つ半田合金に、Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％から選ばれる少なくとも一種以上を添加することにより、半田付部に十分な機械的特性を与えることが可能となることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、主に、鉛フリー半田を用いて半田付けを行う場合に用いられる半田ごてのこて先の劣化を防止する場合に使用される。
本発明は、さらに、噴流半田槽にも使用される場合もある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする半田合金。
【請求項２】
Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善される請求項１の半田合金。
【請求項１】
Ｃｕが０．３〜３重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．００４重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする半田合金。
【請求項２】
Ａｇが０．１〜４．５重量％、Ｎｉが０．０５〜０．５重量％、Ｂｉが０．１〜３．０重量％、Ｍｎが０．００１〜０．０１重量％の少なくとも一種以上が添加され、機械的特性が改善される請求項１の半田合金。
【公開番号】特開２００６−６１９１４（Ｐ２００６−６１９１４Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４３６８０（Ｐ２００４−２４３６８０）
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【出願人】（３９００１８５７７）日本アルミット株式会社 (9)
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【出願人】（３９００１８５７７）日本アルミット株式会社 (9)
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