含有Ni的無鉛焊料的Ni濃度調節方法
2023-07-10 14:46:26
專利名稱：含有Ni的無鉛焊料的Ni濃度調節方法
技術領域：
本發明涉及，在例如Sn-Cu-Ni無鉛焊料合金中調節Ni的含量(濃度)的方法，且 在確保再循環Sn的情形中也有效地發揮作用。
背景技術：
儘管不含Pb的焊料合金的開發正盛行，但現狀卻是Sn-Ag系焊料合金與Sn-Cu-Ni 系焊料合金是主流。Sn-Cu-Ni系焊料與Sn-Ag系焊料相比，具有材料成本低的優點。並且， 作為本申請申請人的專利組成，作為Sn-Cu-Ni系焊料合金，存在有向Sn-O. 7% Cu中添加 0. 05重量％左右的Ni得到的Ni系焊料合金。另一方面，近年來金屬資源變得較以往更難獲得，進而考慮到原材料費的高漲或 地球環境，金屬的再循環也受到期望。此處，上述的Sn-Cu-Ni系焊料合金約99重量％是 Sn，通過再循環而對該Sn進行再利用非常重要。專利文獻1 日本專利第3152945號公報
發明內容
發明要解決的問題可是上述公知技術中，已知Ni的含量雖為0.04 0. 1重量％，但特徵峰卻出現在 0. 05重量％付近。然而，對於Ni，由於與適宜特性相對的允許範圍較窄，故優選嚴格地控制 其添加量。另一方面，該適宜的添加量與作為母合金的Sn相比極為微量，因此添加量的控 制並不容易。另外，意欲將M的含量調節為0.05重量％，但卻添加2倍的量時，M含量變 為0. 1重量％，為了將其調節為規定值即0. 05重量％，則Sn-Cu也需要為規定量的2倍。這 意味著需要M添加量的200倍的Sn-Cu。結果，相較於最初設計的製造計劃，變成製造2倍 的Sn-Cu-Ni合金，不僅對庫存管理帶來不便，也變得在製造合金之際需要熔解能的無用消 耗和多餘的時間。進一步地，對於製造者，也產生難以進行庫存調節的現實問題。本發明的目的在於公開可以進行上述Ni添加量的調節的方法，進一步地，目的在 於公開用於獲得再循環Sn的新方法。解決問題的手段本發明中，著眼於P來作為用於實現上述目的的元素。已知P添加至Sn-Cu-Ni組 成的熔融狀態中時，M與P化合而成為P-Ni化合物或P-Sn-Ni化合物。這樣，若將P添加 至超過規定值含有Ni的Sn-Cu-Ni熔融焊料中時，由於這些化合物較熔融金屬比重小，因而 浮於液相面上形成浮渣(dross)。所以，如果將這樣生成的浮渣從熔融金屬分離，則可回收 過量的Ni，因而作為結果，熔融焊料的M濃度受到稀釋。本發明基本上是積極地利用該現 象而得的。並且，作為解決問題的手段，本發明中使用了下述手段，S卩，將P添加至熔融狀態 的Sn-X-Ni (X為選自Ag、Zn、Cu、Bi、Au、Ti、Ge、Ga、Si、Ce的組的1種或多種元素)，保持於 250 400°C，並除去浮遊於液相表面的含有P-Ni化合物及P-Sn-Ni化合物的浮渣，從而對Ni的濃度進行調節。該手段中，著眼於P與Ni以及Sn形成化合物、成為P-Ni或P-Sn-Ni， 以及這些化合物比構成液相的熔融合金比重小，而使得這些化合物積極地浮遊於液相表 面。進一步地，通過根據計算值來調節P的添加量，從而積極地對M的濃度進行控制。應 予說明，作為元素X，雖從上述組中任意地選定，但要件是至少要作為無鉛焊料合金的構成 要素有用。保持溫度設為250 400°C，是因為元素X在任意情形下均能超過熔融合金的液 相線溫度，上限的400°C是考慮到除去浮渣的作業時不要過於高溫的緣故。另外，選擇性地採用了將權利要求1中的元素X特定為Cu的手段。Sn-Cu-M焊料 合金是本申請申請人所有的專利發明的構成，申請人已知其在實施中也發揮非常有用的作 用。將其含量的下限設為0. 3重量％，是因為期望在較低熔點的合金中發揮訴諸於Cu的功 能的緣故。即、是為了抑制導線等的銅溶出、和實現作為焊料合金的接合強度的緣故。上限 設為5重量％，是因為在構成高熔點焊料的情形中需要該程度的含量。應予說明，從本發明人的理解出發，在Sn-O. 7重量％ Cu中，Ni的含量在0. 04 0. 07重量％付近可以顯著提高熔融焊料的流動性，因而最終Ni的濃度調節為該範圍。然 而，無限制地從含有Ni的合金排除Ni也包含在本發明的範圍中。總之，雖然是以調節前的 焊料合金的M的初期濃度為不合適程度地高的情形為前提，但即便從本發明的目的出發， 也不必特定M的初期濃度。對於P的添加，採用以預先制為Sn-P合金的狀態來進行添加的手段，這是由於在 操作上比P單獨添加更優異，添加量更容易控制的原因。P的添加量是根據如上述地將M的濃度調節至何種程度來決定的，但上限設 為Ni的約一半的原子數量。本發明中的P的化合物假定以NiP2或NiP3、或者Ni2Snp、 NilOSn5P3、或與其相近的組成出現，在重量計算上，P以所含有的Ni的約一半的原子數量 與含有的Ni全部化合。所以，為了從合金組成將Ni大致完全地除去而得到Sn-X合金，雙 方的關係則成為該配比。應予說明，P的添加即便在這裡變得比特定的量稍多，P自身也會 作為浮渣的一部分而被自然地除去，因而本發明的約一半並不意指嚴格意義上的50%。所 以，原本的P的含量，優選定義為使最初組成中所含有的M全部與P化合所需要的量。發明效果本發明中，由於採用了上述手段，因而僅通過將P以規定量添加於Sn-Cu-Ni的熔 融焊料中，並回收浮於熔融槽表面上的包含P-Ni和/或P-Cn-Ni化合物的浮渣，即可對Ni 的濃度進行稀釋。所以，不必另外追加Sn-Cu合金或Sn以用於稀釋含有過量Ni的Sn-Cu-Ni 合金的Ni濃度，使得在製造管理容易的同時，也不需用於熔解的額外的能量。此外，取決於 P的添加量，可以從Sn-Cu-Ni合金完全地除去Ni，還可以容易地得到Sn-Cu再循環合金。
具體實施例方式以下，對本發明的優選實施方式進行說明。以本實施方式，使Sn-Cu-Ni合金中Ni 的濃度較最初濃度低，在使預先確認了配合比率的Sn-Cu-Ni合金熔融的槽中，加入Sn-P母 合金。單獨添加P在技術上困難，所以優選以熔融在熔融組成中量最多的Sn中形成母合金 的方式來添加。在該狀態下若進行規定時間的老化，則P更容易與Ni化合，因而生成P-Ni 化合物、或P-Sn-Ni化合物。該化合物由於比構成液相的約99重量％的Sn密度低，因而浮 於液相表面上而在液相界面作為浮渣的一部分出現。在該狀態下若使用適宜手段除去浮渣，則僅有與P化合的m的量從液相中減少，因而作為結果，液相的組成與最初相比，m成 為受到稀釋的成分。實施例1製作Sn-Cu-Ni焊料合金(Sn_0. 7Cu_0. 05Ni)(以下，數值全部為重量％、Sn為餘 量部)、並進行剛製作後的成分分析。接著，將該合金熔解與坩堝中，將溫度在300°C下保持 1小時，將析出至表面的浮渣用約5分鐘除去後，進行坩堝中的合金的成分分析。表1為合 金剛製作後的分析值與除去浮渣後的成分的分析值。[表 1]
權利要求
Ni的濃度調節方法，其特徵在於，向熔融狀態的Sn X Ni(X為選自Ag、Zn、Cu、Bi、Au、Ti、Ge、Ga、Si、Ce的組的1種或多種元素)中添加P，保持於250～400℃，並除去浮遊於液相表面的含有P Ni化合物及P Sn Ni化合物的浮渣。
2.權利要求1所述的Ni的濃度調節方法，其中X為Cu，且其含量為0.3 5重量％。
3.權利要求1所述的M的濃度調節方法，其中，P在預先制為Sn-P合金的狀態下添加。
4.權利要求1所述的M的濃度調節方法，其中，P的添加量以M的約一半的原子數量 為上限。
全文摘要
本發明公開可以在Sn-X-Ni組成的合金中進行Ni的添加量的調節的方法。Ni的濃度調節方法，包括向熔融狀態的Sn-X-Ni(X為選自Ag、Zn、Cu、Bi、Au、Ti、Ge、Ga、Si、Ce的組的1種或多種元素)中添加P，保持於250～400℃，並除去含有浮遊於液相表面的P-Ni化合物及P-Sn-Ni化合物的浮渣。權利要求1所述的Ni的濃度調節方法，其中X的例子為Cu，其含量為0.3～5重量％。P在預先制為Sn-P合金的狀態下添加。P的添加量以Ni的約一半的原子數量為上限。
文檔編號H05K3/34GK101952081SQ20088012731
公開日2011年1月19日 申請日期2008年2月22日 優先權日2008年2月22日
發明者西村哲郎 申請人:日本斯倍利亞社股份有限公司