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技術 半田合金、金属Na芯入り半田線および半田付け法

出願人 日本アルミット株式会社
発明者 川口寅之輔小嶋光夫
出願日 1998年10月5日 (21年7ヶ月経過) 出願番号 1998-282800
公開日 2000年2月29日 (20年2ヶ月経過) 公開番号 2000-061685
状態 特許登録済
技術分野 はんだ付・ろう付 はんだ付・ろう付材料 溶融はんだ付
主要キーワード フロン液 半田線 広がり量 半田付け用フラックス 実装品 半田付け面 被接合金属 半田付け強度
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年2月29日)のものです。
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課題

全くフラックスを用いず、あるいは、その使用量を微量にして半田付けをすることが可能な半田合金、金属Na芯入り半田線および半田付け法を提供する。

解決手段

Naが0.0001〜10重量%、残部がSnから成ることを特徴とする半田合金及びそれを用いた半田付け法。

概要

背景

従来、半田付けを行う場合には、予め、フラックスを被半田付け面に塗布しておくとか、あるいは、フラックスが内部に芯として挿入された、いわゆる「脂入り半田線」を用いて半田接合を行っている。 このとき、無機質のフラックスとしては、塩化亜鉛有機質のフラックスとしては、ロジンを主成分とし、これに適当な活性剤を添加したもの等が多く用いられている。

概要

全くフラックスを用いず、あるいは、その使用量を微量にして半田付けをすることが可能な半田合金、金属Na芯入り半田線および半田付け法を提供する。

Naが0.0001〜10重量%、残部がSnから成ることを特徴とする半田合金及びそれを用いた半田付け法。

目的

これらのフラックスを必要とする理由は、フラックスが被半田付け面上の酸化物還元除去するためであり、この結果、清浄化された被半田付け面上に直ちに溶融した半田合金が流れ、半田付け作業としての被接合金属間における原子間接合が可能となる。 フラックスを用いると、当然の結果として、フラックス残滓を生じ、このフラックス残滓を除去するために被半田付け面の洗浄を余儀なくされている。 この洗浄には、フロン液が用いられていたため、環境上問題となっていた。また、洗浄しなくても良いようにフラックスの化学的組成を調整することは可能であり、既に市販されているが、特に、自動車用実装品半田付け部分においては振動によって、半田付け部に残存しているフラックス残滓が実装品本体から剥離して、計器上の障害となるという問題が起きている。 というのは、フラックスを用いない半田付けは、半田付け技術の上において、その実現が困難であるとされているからである。そこで、本発明は、全くフラックスを用いず、あるいは、その使用量を極めて微量にして半田付けをすることが可能な半田合金、金属Na芯入り半田線および半田付け法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

Naが0.0001〜10重量%、残部がSnから成ることを特徴とする半田合金

請求項2

Naが0.0001〜10重量%、残部としてはSnおよびその他の金属から成ることを特徴とする半田合金。

請求項3

前記その他の金属は、Pb、In、Bi、Ge、Sb、Cu、Zn、Agの1種類以上の合計が0.001〜50重量%から成る請求項2記載の半田合金。

請求項4

総重量に対する0.0001〜10重量%に相当する金属Na自体を用いて、線状の芯を構成し、残部はSnおよびその他の金属を含むSn合金から成り、前記Sn合金で前記芯の周囲を覆い、前記芯と周囲の前記Sn合金とは合金を形成しないで線状に形成されることを特徴とする金属Na芯入り半田線

請求項5

前記その他の金属は、Pb、In、Bi、Ge、Sb、Cu、Zn、Agの1種類以上の合計が0.001〜50重量%から成る請求項4記載の金属Na芯入り半田線。

請求項6

前記金属Naから成る前記芯は、単数本、あるいは、複数本から成る請求項4または5記載の金属Na芯入り半田線。

請求項7

請求項1から3のいずれかに記載の半田合金、あるいは、請求項4から6のいずれかに記載の金属Na芯入り半田線を用いて、還元性ガス雰囲気不活性ガス雰囲気、あるいは、真空中で半田付け作業を行うことを特徴とする半田付け法。

請求項8

請求項7記載の半田付け法で半田付けされた被半田付け面を、100〜150℃の空気中に放置することにより、前記被半田付け面に残留している未反応の前記金属Na、および、前記金属Naの酸化物を除去することを特徴とする半田付け法。

技術分野

(7)溶融半田広がり量の調整が、フラックス使用の場合と比較して容易であるので、ピッチ間隔の小さい接合には、優れた作業性を発揮する。

背景技術

0001

本発明は、全くフラックスを用いず、あるいは、その使用量を微量にして半田付けをすることが可能な半田合金、金属Na芯入り半田線および半田付け法に関する。

発明が解決しようとする課題

0002

従来、半田付けを行う場合には、予め、フラックスを被半田付け面に塗布しておくとか、あるいは、フラックスが内部に芯として挿入された、いわゆる「脂入り半田線」を用いて半田接合を行っている。 このとき、無機質のフラックスとしては、塩化亜鉛有機質のフラックスとしては、ロジンを主成分とし、これに適当な活性剤を添加したもの等が多く用いられている。

課題を解決するための手段

0003

これらのフラックスを必要とする理由は、フラックスが被半田付け面上の酸化物還元除去するためであり、この結果、清浄化された被半田付け面上に直ちに溶融した半田合金が流れ、半田付け作業としての被接合金属間における原子間接合が可能となる。 フラックスを用いると、当然の結果として、フラックス残滓を生じ、このフラックス残滓を除去するために被半田付け面の洗浄を余儀なくされている。 この洗浄には、フロン液が用いられていたため、環境上問題となっていた。また、洗浄しなくても良いようにフラックスの化学的組成を調整することは可能であり、既に市販されているが、特に、自動車用実装品半田付け部分においては振動によって、半田付け部に残存しているフラックス残滓が実装品本体から剥離して、計器上の障害となるという問題が起きている。 というのは、フラックスを用いない半田付けは、半田付け技術の上において、その実現が困難であるとされているからである。そこで、本発明は、全くフラックスを用いず、あるいは、その使用量を極めて微量にして半田付けをすることが可能な半田合金、金属Na芯入り半田線および半田付け法を提供することを目的とする。

0004

本発明は、Naが0.0001〜10重量%、残部がSnから成ることを特徴とする半田合金である。さらに、本発明は、Naが0.0001〜10重量%、残部としてはSnおよびその他の金属から成ることを特徴とする半田合金である。さらに、本発明は、直前上記の半田合金において、前記その他の金属は、Pb、In、Bi、Ge、Sb、Cu、Zn、Agの1種類以上の合計が0.001〜50重量%から成る半田合金である。さらに、本発明は、総重量に対する0.0001〜10重量%に相当する金属Na自体を用いて、線状の芯を構成し、残部はSnおよびその他の金属を含むSn合金から成り、前記Sn合金で前記芯の周囲を覆い、前記芯と周囲の前記Sn合金とは合金を形成しないで線状に形成されることを特徴とする金属Na芯入り半田線である。さらに、本発明は、上記金属Na芯入り半田合金において、前記その他の金属は、Pb、In、Bi、Ge、Sb、Cu、Zn、Agの1種類以上の合計が0.001〜50重量%から成る金属Na芯入り半田線である。さらに、本発明は、上記金属Na芯入り半田合金において、前記金属Naから成る前記芯は、単数本、あるいは、複数本から成る金属Na芯入り半田線である。さらに、本発明は、上記半田合金あるいは上記金属Na芯入り半田合金を用いて、還元性ガス雰囲気不活性ガス雰囲気、あるいは、真空中で半田付け作業を行うことを特徴とする半田付け法である。さらに、本発明は、上記半田付け法で半田付けされた被半田付け面を、100〜150℃の空気中に放置することにより、前記被半田付け面に残留している未反応の前記金属Na、および、前記金属Naの酸化物を除去することを特徴とする半田付け法である。

0005

本発明のNaを含む半田合金によれば、例えば、共晶温度220℃の共晶合金の場合、この共晶合金の一塊を予め240℃に温度を上昇させた被半田付け面上に置くと、NaSn6化合物が分解して、初めに溶融したNaが被半田付け面上の酸化物を、半田付け用フラックスの作用と同様に還元する。 そこに、直ちに、溶融したSnが流れるので、半田付けに適した金属面状況となる。従って、Naを含む半田合金は、従来の「脂入り半田線」と言われるフラックス入り半田合金の示す作用と同一となる。 このことから見ると、燃えたNaは、あたかもフラックスの残滓のように、Na酸化物であるNaOを残すこととなるが、このNaOは、97℃の溶融点以上で、黄色の炎を生じて、空気中に飛散するので、半田付け後における洗浄の必要はなく、また、水洗いでも簡単に洗浄できる。従って、反応に関与しなかった余剰Na、および、反応の結果生じるNa酸化物は、完了した半田付け品を100℃以上に温度を上げることにより、残滓を消滅させることが出来る。また、Naを芯材とし、その周囲をSnまたはSnベース合金で囲む所謂「脂入り半田線」の構造を有する本発明によれば、250℃の温度に加熱された半田ごてを接触させることで、前述したと同様に、その初期にNaが溶融し、次に、そこに溶融したSnまたはSn合金がカバーすることになる。 この半田付け機構は、従来の「脂入り半田線」の機構と全く同一である。 と言うのも、従来の「脂入り半田線」では、初め100℃程度でロジンが先行して流出し、被半田付け面を清浄にした直後に溶融したSn−Pb半田合金がカバーするからである。この結果、全くフラックスを用いず、あるいは、その使用量が極めて微量であっても半田付けをすることが可能となる。 しかし、従来の半田付け用フラックスを使用する場合と比較して、接合部における接触面における間隙部が多くなる恐れもあるので、何らかの手段を用いて、接合部の真上から押圧力を加えることが効果的である。さらに、半田付けに際し、Naが溶融して、金属表面の洗浄化を計り、次に、半田合金が溶融して、被半田付け面上を流れる。 このとき、比較的低温度で溶融する半田合金としては、Sn−In−Naの3元系共晶合金、あるいは、溶融温度117℃のSn−In共晶合金等を用いることによって、150℃以下という低温度での半田付けが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0006

さらに、本発明によれば、上記半田合金、あるいは、金属Na芯入り半田線を用いて、水素等の還元性ガス雰囲気、アルゴン窒素等の不活性ガス雰囲気、あるいは、真空中で半田付け作業を行う半田付け法で、Naと被半田付け面上の酸化物とを十分に反応させ、半田付けを容易にするという効果がある。さらに、本発明によれば、上記半田付け法で半田付けされた被半田付け面を、100〜150℃の空気中に放置することにより、前記被半田付け面に残留している未反応の前記Na、および、前記Naの酸化物を除去することができる。

0007

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

0008

本発明は、酸化性雰囲気中の使用を可能な限り避けることを前提として、以下の効果を奏する。
(1)従来使用されているフラックスを使用しないか、あるいは、使用したとしても微量の使用量となる。
(2)フラックスを用いないので、フラックス残査の発生を防止できる。 仮に残留したとしても、120℃以下の空気中での加熱によって揮散させることが出来る。
(3)原則として、Sn−Pb共晶半田合金のように添加金属としてのPbを必要としない。 このため、半田合金のPbフリー化が可能となる。
(4)Naを含有させることにより、従来のSn−Pb半田合金よりはるかに低温度で半田付けが可能となる。 例えば、Sn−Na−In系半田合金では、150℃での半田付けが可能となる。
(5)半田付け部分に化学的にNaが残留しないので、半田付け強度は高くなる。 特に、Sbが添加されるとこの傾向は顕著となる。
(6)従来のロジンフラックス使用の場合よりも、全くフラックスを使用しないか、あるいは、たとえ使用したとしても、例えば、半田付け面上をフラックスで湿らせた布で拭く等して、微量の使用量のため、接合部以外に溶融した半田合金が広がらない。 このため、リードのピッチ間隔の狭い場合には有利である。

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