JPS601937B2 - 耐酸化性鉛錫半田用母合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉛錫半田合金に使用される新規な母合金に関す
る。

さらに詳しくは、溶融状態または融点より少し低い温度
にさらされたぱあし、に耐酸化性のある鉛錫半田合金を
うけるために使用される母合金に関する。鍍金材、ろう
接材として使用される半田は溶融状態において空気酸化
を受け、溶融半田表面に酸化皮膜を生成する。

したがって溶融半田槽を用いて半田付けおよび半田メッ
キを施すぱあし、、溶融半田の表面に酸化物が存在する
と半田付け不良およびメッキ不良を起すため、表面の酸
化物を掻き取るか、または溶融半田を循環溢流されて常
に新しい面が表面に出るようにしなければならない。こ
のことはとくにプリント配線基板の半田付けなどを行な
うぱあし、重要な問題である。また電子機器類の配線、
結線、組立などで使用される半田槽の温度は通常２００
〜３００ｏｏの範囲が多いが、時には４００〜５０００
０の範囲で使用されるぱあし・もあり、半田格が高温で
長時間さらされるほど、その裕面での酸化物が増加して
浴を汚染するとともの半田の消耗が多大なものとなる。

しかるに本発明者らは叙上の問題点を解決すべ〈鋭意研
究を重ねた結果、溶融半田表面に酸化物皮膜が生成し難
いか、または生成しないようにするため、鈴錫半田中に
アルミニウムを添加した耐酸化性鉛錫半田合金に使用さ
れる母合金を見出し、本発明を完成するにいたつた。

すなわち、本発明者らは、先にアルミニウム０．００５
〜０．ａ重量％、錫０．２〜９溝重量％、残部が鉛より
なる組成物が実質的に耐酸化性の鉛錫合金として有効で
あることを確かめたが、今回耐酸化性の鉛絵湯合金の製
造に好適に使用しうる母合金を見出したのである。

ところで鉛錫半田中に０．００５〜０．２重量％の徴量
のアルミニウムを含んだ均一な溶解半田合金をうるぱあ
し、、直接アルミニウムを熔融半田の中に熔解させる方
法は、溶湯の温度を実質的にアルミニウムの融点（６６
０ｑｏ）以上にして処理されるため大気酸化によって鉛
、錫、アルミニウムなどが消耗され、前記の目標とする
組成でしかも健全な鉛−錫ーアルミニウムの溶融半田を
うろことが困難である。

したがってあらかじめ最終的に使用されるアルミニゥム
量の１〜数百倍程度のアルミニウムを含んだアルミニウ
ム−錫あるいはアルミニウム−鉛−錫半田の母合金を作
成しておき、それを実質的にアルミニウムを含まない半
田槽へ添加、希釈することにより、良好な耐酸化性鉛錫
半田合金を容易にうろことができるようにするものであ
る。

一方、アルミニウム−鉛合金では液相状態において、鉛
に対するアルミニウムの溶解度が非常に小さい欠点があ
る。たとえば９００００においても鉛に対するアルミニ
ウムの溶解量は０．５重量％以下であり、これ以上のア
ルミニウムを含めばアルミニウムと鉛の２相に分離する
ので偏析が多大であり、母合金としての使用には好まし
くない。本発明はかかる欠点をも克服したものであり、
錫または鉛錫半田合金中にアルミニウムを高濃度で均一
に含有させ、しかも偏析を少なくした特定のアルミニウ
ム−錫、アルミニウム−鉛−錫半田合金の母合金を使用
し、一定の希釈倍率で、アルミニウムを含まない鉛錫半
田浴中に溶解させ、耐酸化性を有する鉛錫半田合金格と
して簡便に安定して使用しうるものである。つぎに実施
例をあげて本発明を詳細に説明する。

実施例 １ アルミニウムの表面に酸化防止のためにフラックスを加
えて８００ｑｏに加熱溶解したのち、第１表に示す所定
の組成になるように錫または鉛錫半田を加えて溶解し、
よく櫨拝したのち、８００００に５分間保持し、これを
６０ｏｏの板状黒鉛鋳型に鋳造した。

これらの母合金を適当量採取して示差熱分析装置により
、それぞれの母合金の固相線および液相線を測定すると
ともに、一方２５０ｑＣで溶解した日６庇（ＪＩＳ規格
）のｌｋ９の半田裕中ヘアルミ濃度が０．１％になるよ
うにそれぞれの母合金を添加し、母合金の溶解性（溶け
込み状態）を評価した結果を第１表に示す。

第１表中、溶け込み状態はつぎの評価によった。

◎：４分以内に完全に溶け込む ○：１５分以内に完全に溶け込む ×：１５分以上でも溶け込み難い また用いた鉛錫半田はＪＩＳ規格の日９＄，日６鷹，日
４のおよび日５Ａである。

第１表 第１表からわかるように、液相線温度が６００ｏｏより
わずか低いものおよび６００℃を超えるものは溶け込み
状態はわるし、が、他は良好である。

したがってこれらを要約すると、第１図に示すごとく三
角グラフ上の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇで囲まれた
合金の組成範囲が本発明の母合金の有効な組成領域であ
る。すなわち本発明の母合金は鉛−錫−アルミニウムの
３元合金において、第１図に示されるごとく三角グラフ
上の点Ａ（Ｓｎ７０％，ＡＩ３０％）、一点Ｂ（Ｓｎ９
９．８％，ＡＩＯ．２％）、点Ｃ（Ｐｂ９４．８％，Ｓ
ｎ５％，ＡＩＯ．２％）、一点Ｄ（Ｐｂ９４．５％，Ｓ
ｎ５％，ＭＯ．５％）、点Ｅ（Ｐｂ５７％，Ｓｎ３８％
，ＡＩ５％）、点Ｆ（Ｐｂ３６％，Ｓｎ５４％，ＡＩｌ
Ｏ％）および点Ｇ（Ｐｂ４％，Ｓｎ７６％，ＡＩ２０％
）で囲まれた範囲内の組成である耐酸化性鉛錫半田用母
合金である。

これらについてさらに詳述すると、点Ａ （Ｓｎ７０％，山３０％）、点Ｂ（Ｓｎ９９．８％，Ａ
ＩＯ．２％）において、点Ａよりアルミニウムが多くな
ると、液相線の温度が高くなり、アルミニウムを含まな
い鉛錫半田に添加したぱあし、、母合金の溶け込みがわ
ろくなるため、耐酸化性鉛錫半田の浴組成の調整が難し
くなる。

また点Ｂよりアルミニウムが少なくなると、母合金の溶
け込みは良好であっても、耐酸化性鉛錫半田合金中のア
ルミニウム量が０．２％まで含まれるところから母合金
としての意味がなくなってくる。点Ｂ、点Ｃ（Ｐｂ９４
．８％，Ｓｎ５％，ＡＩＯ．２％）で結ばれた線よりア
ルミニウムの量が少なくなると、やはり前記のとおり、
母合金の意味がなくなってくる。

点Ｃ、点Ｄ（Ｐｂ９４．５％，Ｓｎ５％，ＡＩＯ．５％
）で結ばれた線より鉛の量が多くなると、母合金中にア
ルミニウムの単体の初晶が粒状に晶出するため、これを
アルミニウムを含まない鉛錫半田に添加したぱあし、、
アルミニウムが浴表面に浮いて耐酸化性鉛錫半田合金の
半田付の機能を阻害する。点Ｄ、点Ｅ（Ｐｂ５７％，Ｓ
ｎ３８％，ＡＩ５％）、点Ｆ（Ｐｂ３６％，Ｓｎ５４％
，ＡＩｌＯ％）、点Ｇ（Ｐｂ４％，Ｓｎ７６％，ＡＩ２
０％）、点Ａを順次結んだ線よりアルミニウムの量が多
くなると、いずれも液相線の温度が高くなり、アルミニ
ウムを含まない鉛錫半田中へ添加したぱあし、、母合金
の溶け込みがわろくなる。これは母合金中に晶出したア
ルミニウムが粒状に大きく成長した結果であり、さらに
アルミニウム量が多くなると、アルミニウムと鉛錫半田
とが２相に分離し、母合金中、上側にアルミニウム、下
側にアルミニウム−鉛錫半田が形成され、均一で健全な
母合金がえられない。つぎに代表的な組成について光学
顕微鏡と走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す。

すなわち、第２図は本発明の３斑ｂ−５おｎ−５ＡＩ合
金の光学顕微鏡写真であり、白い部分がアルミニウムで
黒い部分がマトリックスの鉛錫合金である。第２図から
アルミニウムが細かく均一に分散していることがわかる
。第２ａ図は同様組成の合金の走査型電子顕微鏡による
二次電子線像であり、黒い花ビラ状模様がアルミニウム
で、白い部分がマトリックスの鉛強場合金である。第２
ａ図からアルミニウムが細かく均一に分散していること
が一層よくわかる。第４図は３がｂ−４＄ｎ−２０ＡＩ
合金の、第３図は９４．１Ｐｂ−４．＄ｎ−ＩＡＩ合金
のそれぞれ光学顕微鏡写真であり、白い部分がアルミニ
ウムで黒い部分がマトリックスの鉛錫合金である。第４
図からアルミニウムの初晶が成長し粗大化していること
がわかり、また第３図からアルミニウムと鉛錫半田合金
が２相に分離していることがわかる。第３図、第４図に
示すアルミニウム−鉛錫半田用母合金をいずれもアルミ
ニウムを含まない鉛錫半田へ添加したぱあし、、溶け込
みがわろくアルミニウムが表面に遊離し、格組成の調整
が難しく、半田付の機能を阻害することを示している。
実施例 ２ 実施例１でえられた本発明の３９．斑ｂ−５９．準ｎ−
ＩＡＩ合金である耐酸化性鉛錫半田用母合金を、アルミ
ニウムを含まない鉛錫半田浴へ添加し最終的に、第２表
に示すような組成に調整したのち、通常の鉛錫半田と本
発明による耐酸化性鉛錫半田用母合金を添加した耐酸化
性鉛錫半田合金を４５０こ０に保持し、静止状態におけ
る表面酸化皮膜の生成時間を調べた。

結果を第２表に示す。船 船 霞睦 Ｓ地 ドＳ 欄や 処肘 ト処 笹ト 鮒俗 る判 事墨 襲撃 三誓 今笹 鎧智 誉誉 袈裟 田田 升升 ＜＜ ※※ ※ 第２表からアルミニウムの量が０．０５％以上になると
酸化皮膜の生成を防止する効果を示すが、０．２％を超
えると酸化防止の効果はみられるものの、半田表面は鏡
面でなく、微細な浮遊物が散在し、かつ溶融半田の粘度
が増大するので、半田付性をわろくする傾向がある実施
例 ３ ８＄ｎ−２０ＡＩ母合金を、浴温２８０℃および３１０
００に保持したアルミニウムを含まない錫裕中にアルミ
ニウム濃度を０．０５〜０．１５％の範囲でそれぞれ調
整し、酸化皮膜の生成について調べた。

またアルミニウムを含まない錫浴のみ（ブランク試験）
についても酸化皮膜の生成について調べた。これらの結
果はほぼ第２表に示す値と同機である。この結果からア
ルミニウムを０．１〜０．２％含むときは、２時間加熱
しても酸化皮膜は生成しない。アルミニウム濃度が０．
２％以上になると、酸化防止の効果はみられるが、表面
は鏡面でなく微細な浮遊物が散在するので、錫付性の点
で、または錫メッキするぱあし・に好ましくない。以上
の結果から、本発明の耐酸化性鉛錫半田用母合金を、実
質的にアルミニウムを含まない鉛錫半田に添加すること
により、均一な耐酸化性鉛錫半田用母合金が簡単にえら
れ、生産性、作業性ともに大中に向上し、工業的価値が
非常に大きいことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鉛−錫−アルミニウムの３元合金の有
効な組成領域を示す三角グラフであり、第２図および第
２ａ図はそれぞれ本発明の組成の母合金の光学顕微鏡写
真および走査型電子顕微鏡写真、第３図および第４図は
本発明の組成外の合金の光学顕微鏡写真である。 オー図 第２図 第２ａ図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉛−錫−アルミニウムの３元合金において、三角グ
   ラフ上の点Ａ（Ｓｎ７０％，Ａｌ３０％）、点Ｂ（Ｓｎ
   ９９．８％，Ａｌ０．２％）、点Ｃ（Ｐｂ９４．８％，
   Ｓｎ５％，Ａｌ０．２％）、点Ｄ（Ｐｂ９４．５％，Ｓ
   ｎ５％，Ａｌ０．５％）、点Ｅ（Ｐｂ５７％，Ｓｎ３８
   ％，Ａｌ５％）、点Ｆ（Ｐｂ３６％，Ｓｎ５４％，Ａｌ
   １０％）および点Ｇ（Ｐｂ４％，Ｓｎ７６％，Ａｌ２０
   ％）で囲まれた範囲内の組成であることを特徴とする耐
   酸化性鉛錫半田用母合金。