JPS62166091A - クリ−ム状半田 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電気材料、構造材料等に用いる金属部材のろ
う接方法、特に接合面積の比較的大きな金属部材のろう
接方法に関する。

〈従来の技術〉 従来、金属板のような接合面積の比較的大きな金属部材
をろう接する場合には、一定の間隔、距離を隔てた金属
板間の一部分に溶融状態の半田のようなろう材を注入し
、この溶融半田を毛細管現象により金属板間に拡散させ
ることにより半田の介挿を行っていた。

しかし、上記従来方法では、金属板の間隙距離の微小な
差によって、溶融半田の流れる速度が部分的に異なるこ
とから、ボイドと呼ばれる雰囲気ガスが充満する閉空間
（非ぬれ部分）が形成される。このボイドは金属板の接
合面積が大きい程形成され易い。

このようなボイドが金属板間に残留すると、接着面積率
が低下し、金属板の接合強度を低下させるため、以下に
記す方法が提案されている。

ｆｉ）　　真空中でのろう接法 ボイド中に包含されるガスを真空吸引により系外に除去
する方法である。

しかしこの方法では、ボイドを減少することばできるが
他の要因即ち粒子表面積が大（細粒）のため生しるフラ
ックスの残留によるボイドの残留が生じるため適当な方
法ではない。

（ｉ）　　フラックスおよびボイド発生の抑制金属板間
にフラックスが残存したり、雰囲気巻き込みによるボイ
ドの発生を避けるために、予備的に半田を金属板の接合
面にめっきし、フラックス洗浄しろう付けするろう接方
法である。

しかし、この方法では、めっき工程等が付加され、工程
が複雑化するとともに設備面からも生産性に劣るという
欠点がある。

このような実情に鑑み本願出願人は特願昭６０−７２９
５３号において、接合面積の大きい金属材料の接合に際
し、フラックスの残存およびボイドの発生のない半田付
は方法を開示している。　即ち、該発明の要旨は、粉末
半田とフラックスとを混合したクリーム状半田を被接合
材表面に塗布後、半田とフラックスを分離せしめ、分離
せしめたフラックスを乾燥させたのち、真空中で加熱し
て被接合部材の界面に半田を溶融接合せしめることを特
徴とする半ｌＢ付は方法である。

しかるに、この半田付は方法の発明では、粉末状半田の
半田粒子の粒径およびフラックスの含有量とボイドの発
生状況および接合強度との関係についての認識はなく、
その後の研究によって、半田粒子の平均粒径を１４０−
以上とし、フラックスの含有量が１０〜２０ｗＬ９６の
クリーム状半田を用いて半田付けすることにより、ボイ
ドの発生をより減少し接合強度を著しく高めることがで
きることを知見し、本発明に至った。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、接
合面積の大きな金属部材に対してもフラックスの残留お
よびボイドの発生を防止し、接合強度を著しく高めるこ
とができるクリーム状半田を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 このような目的は、以下の本発明によって達成される。

即ち、本発明は、粉末状半田とフラックスとを混合した
クリーム状半田であって、前記粉末状半田の半田粒子の
平均粒径が１４０−以上であり、かつ、ｎｔ記ラフラッ
クス含有量が１０〜２０ｗｔにであることを特徴とする
クリーム状半田を提供するものである。

以下、本発明のクリーム状半田を詳細に説明する。

本発明は粉末状半田とフラックスとを混合したクリーム
状半田である。

粉末状半田の半田粒子の平均粒径はｉ４ｏ、ａ（＃１５
０）以上のものとする。

その理由は、半田粒子の平均粒径が１４０ＩｊＩ！１以
上と大粒径の場合には、半田が溶融したとき粒子同志の
界面にフラックスが残留し難いため、金属部材の溶融強
度が高くなるが、半田粒子の平均粒径が１４０−未満と
小粒径の場合には、半田が溶融したとき粒子同志の界面
にフラックスが残留し易くなり、金属部材の接合強度を
低下させるからである。

クリーム状半田中のフラックスの含有Ｉは、１０〜２０
ｗｔ％の範囲とする。

フラックスの含有量を１０〜２０ｗｔにとすることによ
りボイドの発生面積率を減少しかつ接合強度（Ｔ−ビー
ル強度）を増大することができる。

さらに、フラックスの含有量が１０ｗｊ％ｉ未満では溶
融半田が流動せず、２０ｗｔ’Ｊｉをこえるとクリーム
状半田の粘度が低くなりすぎて流れ出してしまい、その
ためにボイドが発生し易くなるからである。

本発明に用いる半田としては、５ｎ−３，５％；　Ａｇ
半田、Ｐｂ−５ｎ系半田等が好ましいが、その他の成分
の半田、例えば５ｎ−Ｐｂ系、　５ｎ−Ｐｂ−Ｘ（Ｘ−
八ｇ、Ｓｂ、Ｃｕ）系、　　八ｕ−Ｘ（Ｘ−５ｎ、Ｓｉ
、Ｇｅ）　　ｆｉ、　　Ｉｎ−Ｚｎ１　　Ａｎ　　−５
ｉ系、　　７．ｎ−Ａｌ１　　系、　　Ｓ　ｎ　−７，
ｎ系、　　Ｃｄ−へＵ系、　　　５ｎ−５ｂ系、　Ｃｄ
−Ａｇ系を用いても本発明の効果を十分に奏するもので
ある。

またフラックスとしては無機酸系、有機酸系及び樹脂系
フラックス等いずれ用いてもよい。

上述した本発明のクリーム状半田を用いた半［ｌ付は方
法の一例を以下に説明する。

粉末状半田の粒径およびフラックスの含有量が前述の条
件を満足するクリーム状半田を、接合する一対の金属部
材の両接合面に均一に塗布する。

ここで金属部材には、金属板、金属条材、金属箔等があ
り、その構成材料は鉄、銅、金、銀等の金属またはこれ
らの合金を挙げることができ、また、これらについての
各種めっき処理材や、クラツド材等の複合材であっても
よい。

次にクリーム状半田を塗布した金属部材を好ましくは１
０〜５０℃で低温で加熱する（第１の加熱）。この低温
加熱は、一旦塗布した半田の金属成分とフラックス成分
とを一部分離せしめるための工程であり、温度が低すぎ
てはフラックスの分離が不十分となり、余りに高い温度
での加熱は前記クリーム状半田全体の流動を促進せしめ
、半田が接合面より流れ出すおそれがあり好ましくない
。

上記の低温加熱の工程を経ることにより、塗布部分の金
属半田が金属部材表面に沈着し、フラックスは金属半田
より分離流動して流れ出す。

かかる分離が行われたら、次に分離したフラックスを乾
燥除去するための第２の加熱が行われる。この加熱は、
前記の第１の加熱と相違し、金属部材の接合面表面を活
性化せしめるとともに、フラックスの一部を乾燥揮散せ
しめ金属半田を塗布面に残存せしめるためのものである
から、前記第１の低温加熱よりは高い温度に加熱されね
ばならない。その温度は前記低温加熱の下限である５０
℃以上好ましくは７０℃以上であって金属半田の融点以
下の温度範囲がよく、その保持時間は０．２分以上とす
るのがよい。第２の加熱温度が５０℃以下では金属部材
のフラックスによる表面活性化に余り寄与しない。また
、０．２分未満というような短時間では半田のぬれ性が
わるく、ボイド等の内部欠陥の除去に余り寄与しない。

上記第１の加熱工程により流動分離したフラックスは、
上記第２の加熱工程によって分解しあるいは揮散して、
金属部材の接合面には粉末金属としての半田層のみが残
存する。

上記の工程が完了したら、次に残存した半田層同志を重
ね合せた状態で金属部材間に挟挿せしめ、加圧状態で好
ましくは真空中において半田の融点以上の温度に加熱す
る。かかる加圧については、大きな圧力は必要ではなく
、金属部材自身の自重による加圧程度で十分である。

この加熱によって半田が溶融するとき、半田粒子の平均
粒径が１４０戸以上であるため、粒子同志の界面にフラ
ックスがほとんど残留しない。

上記工程の後は溶融状態の半田を好ましくは２００〜２
３０℃程度に冷却して凝固せしめ、金属部材の接合がな
される。凝固した半田層中にはボイドの発生はほとんど
なく、しかもフラックスの残留もほとんどないため、金
属部材の接合強度か著しく高まる。

〈実施例〉 （実施例１） ２枚の幅５０ｍｍｘ長さ５００　ｍｍｘ厚さ３ｍｍの銅
板のほぼ全面に、粒径を種々変更した５ｎ−３，５９６
八ｇ粉末半田（＃３２５、＃２５０、＃２００、＃１５
０、＃１００）と、１５ｗ［％のフラックス（無機酸系
）とを混合したクリーム状半田を均一に塗布し、これら
を重ね合せたものに２５℃×１０分間、次いで１６０℃
×１０分間の予備加熱を施し、さらに真空中（真空度中
１０　ｍｍＨｇ）で２５０℃×４０分間加熱して半田を
溶融し、その後２００℃まで冷却して銅板の半田付けを
行った。

これら各試料について、Ｔ型剥離試験を行い粉末半田の
粒径（−）とＴピール強度σ、との関係を調べた。なお
、引張速度は５　ｍｍ／ｍｉｎとした。

さらに上記各試料について、剥離された試料片に基づき
、半田層のボイドレス率γＢ　（％）を求めた。なお、
ボイドレス率γ８は次式 によって求めた。

こわらの結果を第１図のグラフに示す。

第１図のグラフから明らかなように、粉末半田の粒径が
１４０ｐｍ　（＃１５０）以上のものを用いた場合、Ｔ
ビール強度が著しく高いことがわかる。そしてボイドレ
ス率はほぼ１００％に近く、半田層中にはボイドはほと
んど発生していないこともわかる。

（実施例２） 次に、実施例１と同様の銅板に平均粒径１４０７７１１
１（＃１５０）のＳロー３．５４ｋ　Ａｇ粉末半田とフ
ラックス（ｐ＃機醋酸系との混合比を種々変更したクリ
ーム状半田（本発明例１〜３、比較例１〜４）を均一に
塗布し、実施例１と同様の方法で半田付けを行った。

これら各試料について、実施例１と同様の方法でＴピー
ル強度σ、およびボイドレス率γ８を測定した。その結
果を表１に示す。

下記表１より明らかなように、フラックスの含有量がｌ
Ｏ〜２０　ｗｔ％；の範囲内にある本発明例１〜３では
、ボイドレス率がほぼ１００％に近くしかもＴビール強
度が著しく高いことがわかる。

表　　１ 〈発明の効果〉 本発明によれば、平均粒径１４０戸以上の粉末状半田と
１０〜２０ｗｔ零のフラックスとを混合してなるクリー
ム状半田を金属部材間に介挿して半田付けを行うことに
より、半田層中へのフラックスの残留を防止し、しかも
ボイドの発生を極端に抑制することができる。従って、
本発明の半田を用いて金属部材を半田付けした場合、そ
の接合強度が著しく高くなる。

特に、本発明のクリーム状半田は、接合部の面積が大き
な金属部材を半田付けする場合にも上記効果を奏するの
で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粉末半田の平均粒径とＴピール強度およびボ
イドレス率との関係を示すグラフである。 特許出願人　　日立電線株式会社 Ｔビール弦叉σｐ（ｋｇ／ｒｎｍ） ボイドバ雫γＢ（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉末状半田とフラックスとを混合したクリーム状
   半田であって、 前記粉末状半田の半田粒子の平均粒径が１４０μｍ以上
   であり、 かつ、前記フラックスの含有量が１０〜２０ｗｔ％であ
   ることを特徴とするクリーム状半田。