專利名稱：無鉛焊料中過量銅的析出分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，在具有銅箔的印刷基板、具有銅引線的實際安裝部件 等的無鉛焊接工序中，使溶出到以錫作為主成分的無鉛焊料中的過量銅 作為金屬間化合物析出并分離的裝置。
背景技術(shù)：
無鉛焊料以錫(Sn)作為主體，其中適量地含有銅、銀、鋅、鎳、 鈷、鉍、銦、磷、鍺等，在熔點以上通常25(TC左右的溫度范圍下產(chǎn)生 潤濕作用。因此，焊接工序是將印刷基板等的構(gòu)件浸于加熱至該溫度范 圍內(nèi)的焊料槽中，或使印刷基板等構(gòu)件接觸焊料槽內(nèi)形成的熔融焊料的 噴流來實施。
但是，印刷基板或部件的引線等之中使用的銅，在上述焊接工序中 被加熱至上述溫度范圍，溶出于焊料中。這就是所謂的"銅浸出"。該 銅浸出產(chǎn)生時，焊料槽中的銅濃度急劇上升，使得焊料的熔點上升，因 而給焊料的表面張力、流動性帶來影響。其結(jié)果，產(chǎn)生焊接整平中的表 面粗糙、短路、凹坑、虛焊、焊瘤和下塌等缺陷，造成焊料品質(zhì)下降。
因此，焊料槽中的銅濃度上升時，可對焊料槽中的焊料的部分或全 部進行替換。此時，取出的使用完的焊料或者直接廢棄，或者加以某種 處理分離過量的銅對錫進行回收，將回收的錫作為原料再利用。
一直以來作為錫的回收方法，可使用利用熔點差的方法、電解精煉 法等。
但是，現(xiàn)有的錫的回收方法需要大型的設(shè)備，因而產(chǎn)生擴大設(shè)備的 設(shè)置面積的需要，此外，為了保持被精煉物的溫度至高溫，要解決火焰 的問題，或必需消耗大量電力的加熱器或電解槽等的裝備。因此，不利 于環(huán)境，令作業(yè)變得危險且低效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述以往的問題而進行的發(fā)明，其目的在于提供 為了安全且高效地回收錫，使溶出于無鉛焊料中的過量銅析出并分離的 裝置。
3為了實現(xiàn)上述目的，發(fā)明人進行了深入研究，結(jié)果獲得了以下見解。
(1) 將金屬，即Ni、 Co、 Fe等的元素，利用經(jīng)純錫高濃度地稀釋 的母合金，適量地添加到溶出有過量銅的無鉛焊料槽中時，錫銅熔融合 金與其反應(yīng)并作為金屬間化合物、即(CuX) 6Sns類化合物(其中，X為 Ni、 Co、 Fe等添加的元素)析出。所以，只要分離該(CuX) 6Sn5類化 合物，即可回收殘留的錫(Sn)。
(2) 另一方面，上述(CuX) jn5類化合物，由于粒小，漂浮于熔融 焊料中，所以回收并不容易。若長時間放置，不久微細(xì)的(CuX) 6Sn5 類化合物即沉淀回收變得容易，但是長時間維持焊料熔融的230-250°C 這一溫度造成能耗的上升。因此，為了高效地分離、除去(CuX)6Sn5 類化合物，有用的是使該類微細(xì)化合物粗大并加快沉降速度。
于是，本發(fā)明人基于上述見解進行了進一步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使析出 有金屬間化合物的熔融焊料通過形成有大量微孔的多孔板時，微細(xì)化合 物在通過微孔時，互相結(jié)合并變粗大。這種變粗大的金屬間化合物與結(jié) 合前的微細(xì)化合物相比，在熔融焊料中的沉降速度變快。
因此，本發(fā)明用作解決手段的是使溶出于以錫作為主成分的無鉛 焊料中的銅作為金屬間化合物析出并分離的裝置，其特點在于具有將 溶出有銅的無鉛焊料保持熔融狀態(tài)的同時，使從外部投入的金屬以及熔 融焊料中的銅、與前述熔融焊料中的錫之間，析出金屬間化合物的析出 槽，和多孔板；具備使熔融無鉛焊料通過前述多孔板，從而使前述金屬 間化合物互相結(jié)合并增大粒徑的造粒槽，和使粗大化的金屬間化合物在 熔融無鉛焊料中沉降并分離的分離槽。
此外，優(yōu)選造粒槽相對于熔融焊料的流路依次配置有設(shè)置有大量 小直徑的孔的第1多孔板和設(shè)置有大量大直徑的孔的第2多孔板，使熔 融無鉛焊料通過第1多孔板后，再通過第2多孔板。這樣，通過小直徑 的孔時結(jié)合的金屬間化合物在通過大直徑的孔時也進行結(jié)合，粒徑逐漸 增大，因此可以更高效地在分離槽中進行沉降分離。
此外，造粒槽若按下述構(gòu)成，即將多孔板設(shè)置成筒狀，對該筒狀的 上下部進行密封的同時，在該筒狀多孔板的內(nèi)側(cè)連接供給析出了金屬間 化合物的無鉛焊料的供給管，則從筒狀多孔板的內(nèi)側(cè)到外側(cè)熔融無鉛焊 料流出時，金屬間化合物互相之間結(jié)合，其粒徑變大。
此外，造粒槽若按下述構(gòu)成，即將第1和第2多孔板設(shè)置為筒狀板，將笫2多孔板配置在第1多孔板的外側(cè)，同時密封各筒狀板的上下端部， 在第1多孔板的內(nèi)側(cè)連接供給析出了金屬間化合物的無鉛焊料的供給 管，則熔融焊料依次通過第1多孔板和第2多孔板，因而通過小直徑的 孔時結(jié)合的金屬間化合物在通過大直徑的孔時也再次結(jié)合，粒徑逐漸變 大，可進一步增大從第2多孔板流出的金屬間化合物的粒徑，因此可更 加高效地進行分離槽中的沉降分離。
但是，設(shè)置在造粒槽中的多孔板的數(shù)量是任意的，相對于熔融焊料 的流路配置至少1塊多孔板即可。此外，配置多塊多孔板時，可使金屬 間化合物在各多孔板中互相結(jié)合，逐漸增大其粒徑。該情形中，相對于 熔融焊料的流路，優(yōu)選設(shè)置在上游側(cè)的多孔板的孔的內(nèi)徑小于設(shè)置在下 游側(cè)的多孔^反的孔的內(nèi)徑。
另一方面，分離槽為了使粗大化的金屬間化合物沉積在槽內(nèi)底部中 心部，優(yōu)選采用設(shè)置有使在槽內(nèi)的熔融焊料中產(chǎn)生渦流的渦流發(fā)生單元 的構(gòu)成，通過該渦流將粗大化的金屬間化合物導(dǎo)向槽的中心部。該渦流 發(fā)生單元可通過在分離槽的內(nèi)部設(shè)置攪拌單元來實現(xiàn)，但在該情形中， 有必要對于分離槽另行設(shè)置攪拌單元和其驅(qū)動機構(gòu)。因此，通過使含有 粗大化的金屬間化合物的熔融無鉛焊料向分離槽供給時的噴嘴，相對于 垂直軸傾斜地配置，以該噴嘴自身作為渦流發(fā)生單元的構(gòu)成是優(yōu)選的。
此外，上述構(gòu)成中，析出槽中投入的金屬，只要是可在熔融焊料中 的銅與熔融焊料中的錫之間，析出金屬間化合物即可，優(yōu)選該元素X選 自Ni、 Co和Fe等過渡金屬的1種以上。
根據(jù)本發(fā)明，析出槽中投入的金屬和熔融焊料中的過量銅、與熔融 焊料中的錫之間形成的金屬間化合物在析出槽中析出，該微細(xì)顆粒的金 屬間化合物在造粒槽粗大化，因此，分離槽中金屬間化合物的沉降速度 變快，可高效地分離過量銅。所以，不需要以往那樣的大型設(shè)備，可安 全且高效地回收錫。


圖1:無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置的一構(gòu)成例的示意圖。 圖2:說明基于無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置的錫回收處理 的概要的工藝圖。
圖3:表示析出槽的一例的示意圖。
5圖4:造粒槽的概念性構(gòu)成的示意圖。
圖5:表示設(shè)置在造粒槽中的造粒單元的一構(gòu)成例的缺少一部分的圖。
圖6:分離槽的概念性構(gòu)成的示意圖
圖7:分離槽中沉降分離的情況的示意圖，(a)表示利用渦流攪拌 時的狀態(tài)，(b)表示渦流停止后的狀態(tài)。 符號說明
1:過量銅的析出分離裝置
2:析出槽
3:造粒單元
4:造粒槽
5:分離槽
10:噴嘴
31、 32、 33:多孔板 50:渦流發(fā)生單元
具體實施例方式
以下，參照附圖的同時對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)說明。圖l為 本發(fā)明所述無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置1的一構(gòu)成例的示意 圖。該析出分離裝置l包含使溶出于熔融焊料中的過量銅作為金屬間 化合物析出的析出槽2，和具備造粒單元3的造粒槽4,和對過量銅的 金屬間化合物進行沉降分離的分離槽5，析出槽2和造粒槽4通過具備 閥門6的供給管7連接，從析出槽2向造粒槽4供給熔融焊料，同時造 粒槽4和分離槽5通過具備閥門8的供給管9連接，從造粒槽4向分離 槽5供給熔融焊料。向分離槽5中供給熔融焊料的供給管9的前端設(shè)有 噴嘴IO，熔融悍料從該噴嘴10的前端開口流入分離槽5中。此外，分 離槽5進一步設(shè)有閥門11和管12以回收分離出去過量銅后的無鉛焊料 (主成分為錫)。
圖2是基于析出分離裝置的錫回收處理的工藝圖。該裝置1中，首 先，向析出槽2供給印刷基板等的銅浸出所造成的含有過量溶出的銅的 熔融焊料(工藝Pl )。但是也可以將進行焊接工序用的焊料槽自身作為 析出槽2利用。向析出槽2添加金屬，使過量銅作為規(guī)定的金屬間化合
6物析出(工藝P2)。具體地，添加元素X時，元素X在銅以及錫之間作 為(CuX)6Sn5類化合物析出。含有該金屬間化合物的熔融焊料供給到造粒 槽4,在造粒槽4中進行造粒(工藝P3)。即，上述金屬間化合物顆粒 小，因而通過造粒單元3對其進行造粒而粗大化。然后將含粗大化的金 屬間化合物的熔融焊料供給到分離槽5,在分離槽5分離金屬間化合物 (工藝P4)。然后從分離槽5進行錫(Sn)的回收和已分離金屬間化合 物的回收(工藝P5、 P6)?；厥盏腻a，例如可作為新焊料原料再利用。 此外過量銅的金屬間化合物或者被廢棄，或者通過之后的精煉，作為銅、 錫其它的原料再利用。
圖3是表示析出槽2的一例的概念圖。例如，使溶出有過量的銅的 無鉛焊料13流入析出槽2中，用加熱器21將其加熱至規(guī)定的溫度范圍， 將無鉛焊料13維持于熔融狀態(tài)。在該狀態(tài)下，通過經(jīng)純錫高濃度地稀 釋規(guī)定元素X的母合金，向析出槽2適量添加作為金屬的元素X。通過 添加元素X的金屬，(CuX) 6Sii5類化合物14在析出槽2中析出。此外， 利用加熱器21獲得的加熱溫度，設(shè)定在焊料溶出的溫度以上，析出的 (CuX) 6Sns類化合物不溶解的溫度以下即可。即設(shè)定為230-25(TC即可。
作為元素X,可以是與銅(Cu)不形成金屬間化合物，而與錫(Sn) 形成金屬間化合物的元素，例如可舉出Ni、 Co、 Fe、 Pt等。此外，更 優(yōu)選Ni、 Co、 Fe等的過渡金屬。適量添加這些元素，則在熔融焊料中， 形成具有比焊料熔點高的結(jié)晶構(gòu)造的金屬間化合物，即(CuX) 6Sn5。但 添加的元素X不必需是1種，也可以添加選自Ni、 Co、 Fe等的2種以 上的元素X。并且使金屬間化合物析出后，經(jīng)由設(shè)置在析出槽2的底部 的排出口 22上連接的供給管7,將熔融焊料13導(dǎo)入造粒槽14.
圖4是造粒槽4的概念性構(gòu)成的示意圖，圖5是表示設(shè)置在造粒槽 4中的造粒單元3的一構(gòu)成例的缺少一部分的圖。如圖4所示，造粒槽 4,其內(nèi)部具有造粒單元3,同時具備加熱造粒槽4的加熱器41,加熱 器41將造粒槽4內(nèi)的溫度加熱至230-25(TC，將無鉛焊料保持于熔融狀 態(tài)。并且通過使熔融焊料通過造粒槽4內(nèi)的造粒單元3,令含于熔融焊 料內(nèi)的微細(xì)金屬間化合物粗大化，造粒成易于和熔融焊料分離的大粒的 金屬間化合物。造粒單元3具有復(fù)數(shù)的多孔板31、 32、 33,多孔板31、 32、 33各自設(shè)有貫通表里的大量孔。優(yōu)選形成為多孔板31、 32、 33沿 熔融焊料的流路從上游側(cè)依次配置，隨著從上游側(cè)至下游側(cè)，孔徑逐漸增大。因此，形成方式為多孔板31上形成的孔的孔徑與別的多孔板 32、 33的孔徑相比最小，多孔板32上形成的孔的孔徑變得比多孔板31 的孔徑大，比多孔板33的孔徑小，多孔板33上形成的孔的孔徑與別的 多孔板31、 32的孔徑相比最大。從供給管7供給的熔融焊料導(dǎo)入到該 造粒單元3中，依次通過多孔板31、 32、 33,從造粒單元3流出。
多孔板31、 32、 33的形狀沒有特別限定，可將平板依次并列，也 可以是筒狀板。例如本實施方式中，如圖5所示，將多孔板31、 32、 33 設(shè)置為同心圓狀配置的筒狀板，各多孔板31、 32、 33從內(nèi)測按該順序 配置。并且各筒狀多孔板31、 32、 33的上下端部被上板3a和下板3b 所密封，供給管7與配置于最內(nèi)側(cè)的多孔板31的內(nèi)側(cè)相連接，含有來 自析出槽2的金屬間化合物的熔融焊料流入多孔板31的內(nèi)側(cè)。并且流 入多孔板31的內(nèi)側(cè)的熔融焊料，通過多孔板31的孔31a,流進多孔板 31和32之間，之后，通過多孔板32的孔32a流入多孔板32和33之間。 進而，通過多孔板33的孔33a,流出到造粒單元3的外側(cè)。
各多孔板31、 32、 33上設(shè)置的大量孔31a、 32a、 33a,隨著從造粒 單元3的內(nèi)側(cè)向外側(cè)，孔徑逐漸變大。即，形成為造粒單元3的最內(nèi)側(cè) (即，熔融焊料流路的上游側(cè))上配置的第1多孔板31的孔31a的孔徑 要比第2多孔板32的孔32a的孔徑小，第2多孔板32的孔的孔徑 要比第3多孔板的孔33a的孔徑小。例如，可以取第1多孔板31的孔 31a的孔徑為2mm,第2多孔板32的孔的孔徑為3誦，第3多孔板 的孔33a的孔徑為4mm。此外，作為多孔板，也可以如同金屬網(wǎng)那樣， 但從強度的觀點、內(nèi)徑尺寸精度的觀點出發(fā)，優(yōu)選如圖5所示，對金屬 板打孔形成大量的孔，即優(yōu)選使用打孔金屬。
通過使金屬間化合物即(CuX) 6Sns類化合物14和熔融焊料一道， 依次通過上述多個多孔板31、 32、 33，從而(CuX) 6Sn5類化合物14在 通過多孔板31、 32、 33的孔31a、 32a、 33a時進行結(jié)合， 一點點的增 大其粒徑。隨后在造粒槽4造粒，含有粗大化的金屬間化合物的熔融焊 料，經(jīng)由設(shè)置于造粒槽4的底部的排出口 42上連接的供給管9,供給到 分離槽5中。
此外，本實施方式中，作為造粒單元3，例示了配置有3枚多孔板 的情形，但多孔板的數(shù)目是任意的。例如，即便多孔板取為l枚，在通 過多孔板上設(shè)置的孔時，金屬間化合物也可進行結(jié)合并增大粒徑。此外，可將多孔板取為2^:,也可配置為4枚以上的構(gòu)成。
圖6為分離槽5的概念性構(gòu)成的示意圖。分離槽5是對熔融焊料13 中的粗大化的金屬間化合物進行沉降分離的槽，并具備加熱器51,以將 槽內(nèi)溫度加熱至230-25(TC并將焊料保持為熔融狀態(tài)。此外，分離槽的 底部中央設(shè)置有用以回收錫(熔融焊料)的管U連接的排出口 53,該 排出口 53的上部，設(shè)置有接收沉積金屬間化合物的金屬網(wǎng)等構(gòu)成的接 收皿52。因此，在使金屬間化合物沉降時，優(yōu)選使金屬間化合物朝向底 部中央的接收皿52沉降。因此，該分離槽5構(gòu)成為，在槽內(nèi)的熔融焊 料13中產(chǎn)生渦流5 5,通過該渦流5 5使金屬間化合物向槽中心部集中。 作為該渦流發(fā)生單元50，本實施方式中，如圖6所示，使向分離槽5供 給含有粗大化的金屬間化合物14的熔融無鉛焊料的供給管9的前端上 設(shè)置的噴嘴10,相對于垂直軸傾斜，通過沿分離槽5的內(nèi)壁供給熔融焊 料，來在槽內(nèi)的熔融焊料13中產(chǎn)生渦流55.但是并不限定于該方式，也 可通過在分離槽5的內(nèi)部設(shè)置攪拌單元來產(chǎn)生渦流55。
圖7是分離槽5當(dāng)中的沉降分離的示意圖，分別表示(a)渦流引 起的攪拌時的狀態(tài)、(b)渦流停止后的狀態(tài)。如圖7 (a)所示，在分 離槽5內(nèi)產(chǎn)生渦流55的狀態(tài)下，金屬間化合物14,即(CuX) 6Sns類化 合物被拉至該渦流55,逐漸集中于分離槽5的中心部的下部。之后，當(dāng) 熔融焊料向分離槽5的供給停止并使渦流停止時，如同圖(b)所示， 沉積于分離槽5的底部中央的接收皿52上。這樣的狀態(tài)下，如果打開 分離槽5的排出口 53上連接的管12的噴嘴11 (參見圖1),則可回收 包含高純度的錫的熔融焊料13。此外，也可構(gòu)成為在分離槽5的側(cè)壁上 部設(shè)置排出口，僅排出熔融錫的上清，進行回收，所述排出口用于回收 作為熔融焊料13殘留的高純度的錫。
此外，圖例中例示了排出口 53的上部設(shè)置接收亞52,以該接收亞 52來回收金屬間化合物，但并不限定于這種形式。例如也可構(gòu)成為，不 設(shè)接收皿52，使金屬間化合物從排出口 5 3直接排出，使包含高純度錫 的熔融焊料殘留于分離槽5中。此外，也可構(gòu)成為，使金屬間化合物沉 積在分離槽5的底部中央后，在分離槽5的內(nèi)部配置其它吸引單元，從 上方吸引金屬間化合物。
如上述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置1,通過將溶出有過 量銅的熔融焊料，在析出槽2、造粒槽4和分離槽5中依次處理，可實現(xiàn)分離過量銅并高效地回收高純度的錫。特別地，造粒槽4中，通過造 粒單元3,增大從過量銅生成的金屬間化合物的微細(xì)顆粒，因而可以加 快分離槽5中的金屬間化合物的沉降速度，高效地分離過量銅。同時， 在分離金屬間化合物時，可抑制能耗的上升。此外，該裝置設(shè)備，和以 往的錫回收方法中使用的設(shè)備相比，其優(yōu)點在于規(guī)模極小且不伴有危險 的設(shè)備，因而可確保作業(yè)的安全性。
此外，可以從浸漬焊料槽或噴流焊料槽回收使用過的焊料，也在廢 料處理廠利用上述裝置1來回收錫，而不需要轉(zhuǎn)移至別的場所，即可在
浸漬焊料槽或噴流焊料槽的旁邊設(shè)置裝置1,在焊接作業(yè)的同時進行錫 的回收。后者的情形中，可連續(xù)地分離過量溶出的銅，因而也有用于調(diào) 整焊料槽內(nèi)的銅濃度。
產(chǎn)業(yè)利用性
根據(jù)本發(fā)明，可分離溶出于無鉛焊料槽中的過量銅，并高效地回收 錫。這樣回收的錫可作為焊料資源再利用。
權(quán)利要求
1、無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置，其是使溶出于以錫作為主成分的無鉛焊料中的銅作為金屬間化合物析出并分離的裝置，其特征在于具備析出槽，所述析出槽在將溶出有銅的無鉛焊料維持于熔融狀態(tài)的同時，在從外部投入的金屬和熔融焊料中的銅、與上述熔融焊料中的錫之間，使金屬間化合物析出；造粒槽，所述造粒槽具有多孔板，并且使熔融無鉛焊料通過所述多孔板，從而使所述金屬間化合物互相結(jié)合并增大粒徑；和分離槽，所述分離槽中，粗大化的金屬間化合物在熔融無鉛焊料中沉降并分離。
2、 權(quán)利要求1所述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置，其中， 所述造粒槽具備大量設(shè)置有小直徑的孔的第1多孔板和，大量設(shè)置有大 直徑的孔的第2多孔板，并且使熔融無鉛焊料通過所述第1多孔板后， 通過所述第2多孔板。
3、 權(quán)利要求1所述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置，其中， 所述造粒槽將所述多孔板設(shè)置為筒狀，對該筒狀的上下部進行密封的同 時，在所述筒狀多孔板的內(nèi)側(cè)連接供給析出了金屬間化合物的無鉛焊料 的供給管而成。
4、 權(quán)利要求2所述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置，其中， 所述造粒槽將所述第1和第2多孔板設(shè)置為筒狀，將笫2多孔板配置在 第1多孔板的外側(cè)，同時密封各筒狀板的上下端部，在所述第1多孔板 的內(nèi)側(cè)連接供給析出了金屬間化合物的無鉛焊料的供給管而成。
5、 權(quán)利要求l-4中任一項所述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離 裝置，其中，所述分離槽具有使渦流在槽內(nèi)產(chǎn)生的渦流發(fā)生單元，以將 粗大化的金屬間化合物導(dǎo)入渦流的中心部。
6、 權(quán)利要求5所述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離裝置，其中， 所述渦流發(fā)生單元由使向所述分離槽供給含有粗大化的金屬間化合物 的熔融無鉛焊料時的噴嘴IO相對于垂直軸傾斜而成。
7、 權(quán)利要求1-6中任一項所述的無鉛焊料中的過量銅的析出分離 裝置，其中，所述金屬為過渡金屬。
全文摘要
用于析出/分離溶出于包含錫作為主成分的無鉛焊料中的過量銅的裝置。使用該裝置，可安全有效地回收錫。該裝置(1)可使溶出于包含以錫作為主成分的無鉛焊料中的銅作為金屬間化合物析出以分離銅。其具有包含下述的構(gòu)造析出槽(2)，其中，將溶出有銅的無鉛焊料保持熔融狀態(tài)的同時，在從外部投入的金屬和熔融焊料中的銅、與熔融焊料中的錫之間，析出金屬間化合物；造粒槽(4)，其具有多孔板(31)、(32)和(33)，并且其中，使熔融無鉛焊料通過多孔板，從而使金屬間化合物的顆粒互相結(jié)合并增大其粒徑；和分離槽(5)，其中增大了的金屬間化合物顆粒在熔融的無鉛焊料中沉積并分離。
文檔編號C22B7/00GK101589162SQ20068005664
公開日2009年11月25日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者西村哲郎 申請人:日本斯倍利亞社股份有限公司