專利名稱：無鉛焊錫合金及使用該合金的電子零件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(fā)是當(dāng)務(wù)之急。
作為無鉛焊錫合金的例子，可舉出日本專利第3036636號(hào)及美國專利第4758407號(hào)。
日本專利第3036636號(hào)涉及用于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其余部份，目的在于提高前述粘接部份的機(jī)械強(qiáng)度。
又，美國專利第4758407號(hào)，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(guān)于用于此等銅管、黃銅管與此等的連接用的連接管件間進(jìn)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(hào)的焊錫合金的熔融溫度為230℃前后，此焊錫合金，如前述，是用于將電子零件連接到電路基板，因此其熔融溫度(回焊(reflow)時(shí)的溫度)須盡可能低為佳。
又，美國專利第4758407號(hào)的焊錫合金的熔融溫度為240℃前后到330℃前后，由于此焊錫合金是用于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(shí)的作業(yè)性等場(chǎng)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(xì)帶狀的電性導(dǎo)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，于銅芯上涂瓷漆或氨基甲酸乙酯形成絕緣被膜作為電線使用。
有關(guān)上述線圈零件，于其卷繞于線軸的卷繞開始處及卷繞終了處各端部與該卷軸下端設(shè)置的端子接腳等的電極部須作連接，因此有進(jìn)行焊錫的必要。
為了對(duì)端子等進(jìn)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(jī)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，以往以采用以高溫加熱的方法為多。
例如，對(duì)于制造上述線圈零件，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(shè)置的端子接腳等的電極部連上后，將上述接連的部份浸漬于以高溫加熱的焊錫液中而進(jìn)行。亦即，于進(jìn)行焊錫的同時(shí)將上述卷線材的絕緣被膜材去除是一般的做法。
于進(jìn)行焊錫之際，若使用不含銅成份的無鉛焊錫合金的場(chǎng)合，電線的前端于接觸熔融的焊錫(焊錫液)之時(shí)，會(huì)發(fā)生作為母材的銅會(huì)溶解到焊錫液中而變細(xì)的所謂蝕銅現(xiàn)象。此蝕銅現(xiàn)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(xiàn)象，當(dāng)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(xì)，上述的斷線事故愈容易發(fā)生。另一方面，欲防止蝕銅現(xiàn)象，一般習(xí)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(qiáng)，會(huì)對(duì)需要焊錫的部位附著必要量以上的焊錫，而發(fā)生如柱狀垂下的現(xiàn)象或多出的焊錫跨越到鄰接的部位而引起架橋(bridge)現(xiàn)象。又，除此之外，當(dāng)銅的含有量變成過多時(shí)，會(huì)發(fā)生錫層厚度(焊錫的附著量)不均或潤濕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?qū)ú涣嫉囊?。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(fā)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(gòu)成的該芯部上施以絕緣被膜的導(dǎo)體的電子零件，其特征為，所述導(dǎo)體相互間或所述導(dǎo)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)，其余者為錫(Sn)的無鉛焊錫合金進(jìn)行焊錫，藉此，可預(yù)防上述的起因于電子零件的蝕銅現(xiàn)象的斷線事故。
本發(fā)明的第三方面，其特征為，于本發(fā)明的第二方面中，于上述電子零件進(jìn)行焊錫之際，無鉛焊錫合金的熔融溫度是設(shè)定為400℃到480℃，藉此可將上述的絕緣被膜確實(shí)地溶解。
作為卷線材的使用銅芯線上涂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，于本實(shí)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所卷繞于前述卷軸2的軸體的卷線部，5為設(shè)置于前述卷軸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(dǎo)體者。又，于前述端子接腳5處多為使用于鋼的芯線的表面施以鍍銅所成的鋼導(dǎo)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(luò)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(jī)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(fā)明是采使用高溫加熱的方法。
亦即，將卷繞于卷軸2的軸體的卷線部4所拉出的末端6接到端子接腳5之后，將前述連絡(luò)部7浸漬于焊錫槽中，藉此，以焊錫液熱溶解去除該絕緣被覆電線的被膜材，并同時(shí)進(jìn)行焊錫。
發(fā)明者等，用添加銅于錫中的無鉛焊錫合金，對(duì)卷線零件進(jìn)行試驗(yàn)，于焊錫溫度(焊錫的熔融溫度)為350℃以下時(shí)，并不能將銅線的瓷漆被膜完全地去除。實(shí)驗(yàn)例表1是表示，將直徑0.4mm的瓷漆被覆的銅線浸漬于熔融焊錫液時(shí)，焊錫溫度與焊錫后銅的直徑的關(guān)系的測(cè)定結(jié)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(tài)的關(guān)連數(shù)據(jù)。表1中的“蝕銅程度的大小”是以瓷漆涂覆的銅線在焊錫前的導(dǎo)線直徑(0.4mm)為基準(zhǔn)者，較其減少10％之時(shí)為“大”，減少5％以上-10％以下之時(shí)為“中”，減少0-0.5％之時(shí)為“小”，又，“肥大”是意味著銅線直徑較前述基準(zhǔn)值增大。
表1


由上表1的實(shí)驗(yàn)例可明白知道，對(duì)于只有錫-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％其余為錫的場(chǎng)合，瓷漆被膜銅線的直徑減少24.5％。
又，對(duì)于只有錫-銅的焊錫合金而言，隨著銅的含有量增加，焊錫于熔融溫度的較低區(qū)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(dǎo)線的直徑較基準(zhǔn)在肥大變粗，過量的焊錫發(fā)生垂下的柱狀現(xiàn)象。
又，于對(duì)錫添加銅7wt％的Sn-7Cu及對(duì)錫添加銅8wt％的Sn-8Cu焊錫合金，熔融溫度400℃時(shí)，發(fā)生柱狀現(xiàn)象。與此相對(duì)照，于對(duì)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(dǎo)線的直徑較基準(zhǔn)值僅減少4％程度，可大幅降低蝕銅的比率，又，潤濕性也得以改善。又，可增加焊錫部的機(jī)械強(qiáng)度。
另外，若銅的含有量超過所定量的區(qū)域，鎳的添加量也超過所定范圍，則銅-鎳的析出物會(huì)浮游于熔融的焊錫中，前述析出物會(huì)附著于焊錫部的表面，造成于焊錫部的表面有細(xì)的凹凸生成而成為粗糙的狀態(tài)，焊錫的厚度無法均一，且易引起架橋現(xiàn)象及柱狀現(xiàn)象，發(fā)生潤濕性差的不良情形。并確認(rèn)得知此現(xiàn)象容易發(fā)生于焊錫合金的熔融溫度的較低區(qū)域下。
其次，將直徑0.7mm的HCP線(不二電線制)反覆進(jìn)行焊錫之時(shí)，至其表面光澤變黑為止的、焊錫次數(shù)示于表2。
表2


如前述，上述HCP線是為鋼的芯線表面鍍銅的鋼導(dǎo)線，是被利用于圖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(dǎo)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(shù)及焊錫合金的組成以及進(jìn)行焊錫時(shí)的溫度的關(guān)系，上述次數(shù)愈多則銅鍍層的剝落狀況愈少，換言之，是表示發(fā)生蝕銅的比率及蝕銅的量較小。
特別是，適度添加鎳的場(chǎng)合，已知即使在焊錫溫度較高的區(qū)域，蝕銅也不易發(fā)生的事實(shí)。
本發(fā)明的無鉛焊錫合金，如同以上所述，即使于焊錫溫度高的領(lǐng)域，蝕銅也不易發(fā)生，且可減少因于該蝕銅導(dǎo)致的銅的減少量。
因此，可預(yù)防使用以銅或含銅的合金作為芯線的絕緣被膜導(dǎo)體的電子零件于焊錫時(shí)的斷電事故，特別是對(duì)絕緣被膜導(dǎo)體的線徑較細(xì)者有顯著的效果。又，通過于高溫進(jìn)行焊錫，可將前述絕緣被膜導(dǎo)體的絕緣被膜材確實(shí)地溶解，因此可防止因絕緣被膜材的殘?jiān)斐傻膶?dǎo)通不良情形。
權(quán)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)，其余皆為錫(Sn)。
2.一種電子零件，是使用芯部由銅或含有銅的合金所構(gòu)成，在該芯部上施以絕緣被膜的導(dǎo)體的電子零件，其特征為所述導(dǎo)體相互間或前述導(dǎo)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)，其余皆為錫(Sn)的無鉛焊錫合金進(jìn)行焊錫。
3.如權(quán)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)，而余者為錫(Sn)的無鉛焊錫合金于400℃到480℃熔融而進(jìn)行焊錫。
全文摘要
本發(fā)明的目的是預(yù)防于以銅或含有銅的合金作為芯線的絕緣被膜導(dǎo)體的電子零件中的導(dǎo)體進(jìn)行焊錫時(shí)發(fā)生的斷線事故者。本發(fā)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)，其余者為錫(Sn)的無鉛焊錫合金于400℃至480℃的范圍內(nèi)進(jìn)行熔融，對(duì)以銅作為母材的絕緣被膜導(dǎo)體的連接部進(jìn)行焊錫。
文檔編號(hào)H01F27/29GK1426339SQ01808699
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)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(qǐng)人:日商·勝美達(dá)股份有限公司, 日商·勝美達(dá)工業(yè)股份有限公司, 日本減摩股份有限公司