JP6247819B2 - アルミニウム用はんだ及びはんだ継手 - Google Patents
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Description
近年、アルミニウムの特性である比重の軽さや強度が着目され、モータ等の軽量化に寄与する素材として検討がなされている。
また、特許文献3にはSn-(10〜15%)Zn-(0.1〜1.5%)Cu-(0.0001〜0.1%)Al-(0.0001〜0.03%)Si-(0.0001〜0.02%)Ti-(0.0001〜0.01%)B組成のはんだ合金が、特許文献4にはSn-(10%以下)Ag-(15%以下)Al組成のアルミニウム部材直接接合用はんだ合金がそれぞれ開示されている。
そして、特許文献5にはアルミニウム材同士、又はアルミニウム材と異種材との接合に関する接合方法として、Cu、Ag、In、Bi、Co、Tiの群より選択される金属元素と残部SnからなるSn系ハンダを用いた接合が開示されている。
また、本発明の主成分に、更にSbを添加することにより、Cuの含有量を低くすることが可能となる。
従来、アルミニウムはその金属特性から、電子部品やモータ、車載部品等の有力な素材であることは知られているが、はんだ接合に於いて、接合強度や電解腐食(ガルバニック腐食)等の課題を克服することが困難であるため、実際には殆ど用いられていない状況であった。
特に、電子部品等に於いては、接合部に銅や銀組成が広く用いられているため、アルミニウム材を用いてはんだ接合した場合、接合部にガルバニック電池を形成して腐食が進むことが知られているため、特許文献にあるような電位差の少ない元素を含有させる等の対応を行っていた。
しかも、海水等の塩水に接触する過酷な環境下に於いては、電解腐食が驚くほどのスピードで進展し、短時間ではんだ剥離することも知られている。
そこで、過酷な環境下においても高い接合強度が持続する高信頼性のはんだ接合が求められていた。
また、出願人の発明したSn、Cu、Niを主成分とする鉛フリーはんだ組成であっても、アルミニウム材の接合に於いて、海水等の塩水に接触する過酷な環境下では十分な接合信頼性を得られていない。
先ず、本発明の鉛フリーはんだの基本組成は、Sn、Cu及びAgからなり、Cuの含有量は1.5重量%以上であれば本発明の効果を有し、好ましくは3重量%以上であり、更に好ましいのは5重量%以上である。
また、Agの含有量は2重量%以上であれば本発明の効果を有し、好ましくは2〜3重量%である。
Snは、Cu及びAgを配合した残部であり、その他不可避不純物を含有しても本発明の効果を損なうものではない。
Cuは0.7重量付近、Agは3重量%付近、Sbは1重量%が好ましい。
〔試料〕
25×3×1mmアルミニウム材、表1に示す組成のはんだ合金、フラックスとして日本スペリア社製No.1261を準備した。
〔試料の製作〕
先ず、図1に示すようにアルミニウム材1の端部にフラックスを約0.01g塗布後、アルミニウム材1端部の5mmに、表1に示すはんだ合金とはんだ付け温度にてはんだ付けしたものを2個準備した。
次に、上記はんだ付けしたアルミニウム材の端部を重ね、表1に記載のはんだ付け温度にて加熱し2個のアルミニウム材を接合した後、室温に冷却して、図1に示す試験試料を作製した。
〔予備試験〕
上記試料を、3%NaCl水溶液にはんだ接合部が完全に浸漬させて、室温で1週間放置し、剥離等の状態変化を確認した。
その結果を表1に示す。
表2記載のはんだ合金組成とはんだ付け条件にて作製した試料を、3%NaCl水溶液にはんだ接合部が完全に浸漬するようにして、室温で60日間放置後、取り出して純粋にて洗浄、乾燥後に、島津製作所製万能試験機AG-10klSにて、引張速度1mm/分の条件にて最大せん断力を測定した。
図3より、本発明のCuを1.5重量%以上、Agを2重量%以上、残部をSnからなる鉛フリーはんだと、Cuが0.7重量%、Agが3重量%、Sbが1重量%、及び残部がSnからなる鉛フリーはんだは、最大せん断力が100N以上となり、塩水浸漬試験に耐え、且つ高い接合強度を示すことが確認された。
また、SN100C5+3Ag組成での接合状態について、接合断面写真及び元素マッピング写真を図4(3a箇所)及び図5(3b箇所)に示す。
2:はんだ
3a:はんだ接合部上部
3b:はんだ接合部下部
Claims (2)
- Cuが1.5〜6重量%、Agが2〜3重量%、Niが0.05重量%、及び残部をSnからなることを特徴とするアルミニウム材接合用鉛フリーはんだ。
- 請求項1に記載のアルミニウム材接合用鉛フリーはんだを用いて、少なくとも一方にアルミニウム材を含む部材同士を接合してあることを特徴とするはんだ継手。
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