無鉛焊錫合金及使用該合金的電子零件的製作方法

2023-08-11 01:05:01 3

專利名稱：無鉛焊錫合金及使用該合金的電子零件的製作方法
技術領域：
本發明涉及無鉛的焊錫合金，亦即無鉛焊錫合金、及使用該合金的電子零件。
近年來，鉛的有害性被視為問題，以法律來限制其使用正被研討中。因此，用以取代Sb-Pb系焊錫合金的鉛的含有量極端少的焊錫合金或不含鉛成份的無鉛焊錫合金的開發是當務之急。
作為無鉛焊錫合金的例子，可舉出日本專利第3036636號及美國專利第4758407號。
日本專利第3036636號涉及用於將電子零件粘接到電子裝置的電路基板所用的無鉛焊錫合金，其是將錫(Sn)-銅(Cu)合金的銅成份的一部份以鎳(Ni)取代者，通過將其成份比作成Cu0.05-2.0wt％，Ni0.001-2.0wt％，Sn其餘部份，目的在於提高前述粘接部份的機械強度。
又，美國專利第4758407號，是為了防止鉛或鎘由自來水管用的鉛管溶出到飲用水中，而提倡以銅管、黃銅管作為自來水配管，該專利是關於用於此等銅管、黃銅管與此等的連接用的連接管件間進行焊接所用的焊錫合金。
又，此焊錫合金的主成份為錫(Sn)或錫(Sn)與銻(Sb)，任何一種的焊錫合金都作成不含鉛(Pb)及鎘(Cd)。
此處，錫為主體的焊錫合金組成為Sn92.5-96.9wt％，Cu3.0-5.0wt％，Ni0.1-2.0wt％，Ag0.0-5.0wt％。
又，錫/銻為主體的焊錫合金的組成為Sn87.0-92.9wt％，Sb4.0-6.0wt％，Cu3.0-5.0wt％，Ni0.0-2.0wt％，Ag0.0-5.0wt％又，日本專利第3036636號的焊錫合金的熔融溫度為230℃前後，此焊錫合金，如前述，是用於將電子零件連接到電路基板，因此其熔融溫度(回焊(reflow)時的溫度)須儘可能低為佳。
又，美國專利第4758407號的焊錫合金的熔融溫度為240℃前後到330℃前後，由於此焊錫合金是用於例如家庭用熱水器的作為供水管的銅管、黃銅管及它們的連接管件間的焊接，因此考量其焊接時的作業性等場合，其焊錫合金的熔融溫度以較低為佳。
然而，電子零件中，有線狀或細帶狀的電性導體(以下稱為卷線材)所卷繞形成的高頻線圈或變壓器(以下，稱為線圈零件)。而且，作為此等線圈零件的卷線材，於銅芯上塗瓷漆或氨基甲酸乙酯形成絕緣被膜作為電線使用。
有關上述線圈零件，於其卷繞於線軸的卷繞開始處及卷繞終了處各端部與該捲軸下端設置的端子接腳等的電極部須作連接，因此有進行焊錫的必要。
為了對端子等進行焊錫作電性連接，需要將上述電線的前端的絕緣被膜材去除。一般，作為去除被膜材方法，有機械削除的方法、藥品溶解的方法、以及藉高溫加熱分解或溶解的方法。
而，以往以採用以高溫加熱的方法為多。
例如，對於製造上述線圈零件，是在卷線材的卷繞開始處及卷繞終了處的各端部與該線軸的下端所設置的端子接腳等的電極部連上後，將上述接連的部份浸漬於以高溫加熱的焊錫液中而進行。亦即，於進行焊錫的同時將上述卷線材的絕緣被膜材去除是一般的做法。
於進行焊錫之際，若使用不含銅成份的無鉛焊錫合金的場合，電線的前端於接觸熔融的焊錫(焊錫液)之時，會發生作為母材的銅會溶解到焊錫液中而變細的所謂蝕銅現象。此蝕銅現象，是為上述線圈零件之類的電子零件的引起斷線事故的重要原因。
此現象，當焊錫的熔融溫度越高，則溶入所述焊錫液中的銅量愈多，且，銅的溶解速度也愈怏。因此，隨著電線的線徑變細，上述的斷線事故愈容易發生。另一方面，欲防止蝕銅現象，一般習知的方法為在所述無鉛焊錫合金中添加微量的銅，但若銅的含有量變得過多，則熔融焊錫(焊錫液)的粘性變強，會對需要焊錫的部位附著必要量以上的焊錫，而發生如柱狀垂下的現象或多出的焊錫跨越到鄰接的部位而引起架橋(bridge)現象。又，除此之外，當銅的含有量變成過多時，會發生錫層厚度(焊錫的附著量)不均或潤溼性變差等不良的情形。
又，若熔融焊錫的熔融溫度低，則瓷漆或氨基甲酸乙酯等的絕緣被膜材無法完全溶解，成為焊錫附著不完全或導通不良的要因。又，前述無鉛焊錫合金的熔融溫度有隨著銅的含有量增加而變高的傾向。
又，本發明的第二方面，是提供一種電子零件，其為使用芯部由銅或含有銅的合金所構成的該芯部上施以絕緣被膜的導體的電子零件，其特徵為，所述導體相互間或所述導體與該電子零件的其他部位，是以上述的含有5.3到7.0wt％的銅(Cu)，與0.1到0.5wt％以下的鎳(Ni)，其餘者為錫(Sn)的無鉛焊錫合金進行焊錫，藉此，可預防上述的起因於電子零件的蝕銅現象的斷線事故。
本發明的第三方面，其特徵為，於本發明的第二方面中，於上述電子零件進行焊錫之際，無鉛焊錫合金的熔融溫度是設定為400℃到480℃，藉此可將上述的絕緣被膜確實地溶解。
作為卷線材的使用銅芯線上塗布瓷漆或氨基甲酸乙酯作成絕緣被膜的電線的線材零件的一例子，如

圖1所示。
同圖中，1為線材零件，2為線軸，於本實施例是以鐵氧體(ferrite)一體形成者。3為銅芯線上施以瓷漆或氨基甲酸乙酯的絕緣被膜所形成的卷線材，4為前述卷線材3所卷繞於前述捲軸2的軸體的卷線部，5為設置於前述捲軸2的下端的端子接腳，6為卷線材3的卷繞開始及卷繞終了處的引出尾端，其是接到前述端子接腳5形成電性連接。
前述端子接腳5，是用以將線圈零件1作電性連接到電路基扳(未圖示)的電路導體者。又，於前述端子接腳5處多為使用於鋼的芯線的表面施以鍍銅所成的鋼導線(HCP線)。
此處，為使卷線部4與端子接腳5作電性連接，作為連絡部7處的拉出的末端6的前端的絕緣被膜材的去除是必要的。如前述，作為前述卷線材3的絕緣被膜的去除方法，有機械式削除的方法、使用藥品溶解的方法、使用高溫加熱分解或溶解的方法，而本發明是採使用高溫加熱的方法。
亦即，將卷繞於捲軸2的軸體的卷線部4所拉出的末端6接到端子接腳5之後，將前述連絡部7浸漬於焊錫槽中，藉此，以焊錫液熱溶解去除該絕緣被覆電線的被膜材，並同時進行焊錫。
發明者等，用添加銅於錫中的無鉛焊錫合金，對卷線零件進行試驗，於焊錫溫度(焊錫的熔融溫度)為350℃以下時，並不能將銅線的瓷漆被膜完全地去除。實驗例表1是表示，將直徑0.4mm的瓷漆被覆的銅線浸漬於熔融焊錫液時，焊錫溫度與焊錫後銅的直徑的關係的測定結果，列示出焊錫合金的組成含有量與焊錫溫度及蝕銅程度的大小以及焊錫面的狀態的關連數據。表1中的「蝕銅程度的大小」是以瓷漆塗覆的銅線在焊錫前的導線直徑(0.4mm)為基準者，較其減少10％之時為「大」，減少5％以上-10％以下之時為「中」，減少0-0.5％之時為「小」，又，「肥大」是意味著銅線直徑較前述基準值增大。
表1


由上表1的實驗例可明白知道，對於只有錫-銅的焊錫合金而已，銅的含有量愈少，蝕銅的比率愈大，例如銅的含有量4wt％其餘為錫的場合，瓷漆被膜銅線的直徑減少24.5％。
又，對於只有錫-銅的焊錫合金而言，隨著銅的含有量增加，焊錫於熔融溫度的較低區域下，熔融焊錫的粘性變大，焊錫部的錫層厚度變得不均一，瓷漆被覆膜導線的直徑較基準在肥大變粗，過量的焊錫發生垂下的柱狀現象。
又，於對錫添加銅7wt％的Sn-7Cu及對錫添加銅8wt％的Sn-8Cu焊錫合金，熔融溫度400℃時，發生柱狀現象。與此相對照，於對錫添加銅5.3wt％及鎳0.2wt％的焊錫合金(Sn-5.3Cu-0.2Ni)，熔融溫度400℃下，瓷漆被膜導線的直徑較基準值僅減少4％程度，可大幅降低蝕銅的比率，又，潤溼性也得以改善。又，可增加焊錫部的機械強度。
另外，若銅的含有量超過所定量的區域，鎳的添加量也超過所定範圍，則銅-鎳的析出物會浮遊於熔融的焊錫中，前述析出物會附著於焊錫部的表面，造成於焊錫部的表面有細的凹凸生成而成為粗糙的狀態，焊錫的厚度無法均一，且易引起架橋現象及柱狀現象，發生潤溼性差的不良情形。並確認得知此現象容易發生於焊錫合金的熔融溫度的較低區域下。
其次，將直徑0.7mm的HCP線(不二電線制)反覆進行焊錫之時，至其表面光澤變黑為止的、焊錫次數示於表2。
表2


如前述，上述HCP線是為鋼的芯線表面鍍銅的鋼導線，是被利用於圖1的線圈零件1的端子接腳5及其他的電子零件的端子導體等。
表2是表示，HCP線的鍍銅層剝落露出底材鋼線為止的次數及焊錫合金的組成以及進行焊錫時的溫度的關係，上述次數愈多則銅鍍層的剝落狀況愈少，換言之，是表示發生蝕銅的比率及蝕銅的量較小。
特別是，適度添加鎳的場合，已知即使在焊錫溫度較高的區域，蝕銅也不易發生的事實。
本發明的無鉛焊錫合金，如同以上所述，即使於焊錫溫度高的領域，蝕銅也不易發生，且可減少因於該蝕銅導致的銅的減少量。
因此，可預防使用以銅或含銅的合金作為芯線的絕緣被膜導體的電子零件於焊錫時的斷電事故，特別是對絕緣被膜導體的線徑較細者有顯著的效果。又，通過於高溫進行焊錫，可將前述絕緣被膜導體的絕緣被膜材確實地溶解，因此可防止因絕緣被膜材的殘渣造成的導通不良情形。
權利要求
1.一種無鉛焊錫合金，其含有5.3到7.0wt％的銅(Cu)，與0.1到0.5wt％以下的鎳(Ni)，其餘皆為錫(Sn)。
2.一種電子零件，是使用芯部由銅或含有銅的合金所構成，在該芯部上施以絕緣被膜的導體的電子零件，其特徵為所述導體相互間或前述導體與該電子零件的其他部位，是以含有5.3到7.0wt％的銅(Cu)，與0.1到0.5wt％以下的鎳(Ni)，其餘皆為錫(Sn)的無鉛焊錫合金進行焊錫。
3.如權利要求2的電子零件，其中是將含有5.3到7.0wt％的銅(Cu)，與0.1到0.5wt％以下的鎳(Ni)，而餘者為錫(Sn)的無鉛焊錫合金於400℃到480℃熔融而進行焊錫。
全文摘要
本發明的目的是預防於以銅或含有銅的合金作為芯線的絕緣被膜導體的電子零件中的導體進行焊錫時發生的斷線事故者。本發明的解決手段是將含有5.3到7.0wt％的銅(Cu)，與0.1到0.5wt％以下的鎳(Ni)，其餘者為錫(Sn)的無鉛焊錫合金於400℃至480℃的範圍內進行熔融，對以銅作為母材的絕緣被膜導體的連接部進行焊錫。
文檔編號H01F27/29GK1426339SQ01808699
公開日2003年6月25日 申請日期2001年2月27日 優先權日2001年2月27日
發明者泉田耕市, 高野勇龜, 阿部一志, 盛林俊之, 萩尾浩一, 竹中順一 申請人:日商·勝美達股份有限公司, 日商·勝美達工業股份有限公司, 日本減摩股份有限公司