專利名稱：電解電容器的接頭端子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電解電容器的接頭端子(tab terminal)，特別涉及含無鉛錫鍍層的接頭端子，及其制造方法。
背景技術(shù)：
電解電容器是這樣制造的隔著隔板對含電子管作用(valveaction)金屬如鉭或鋁的陽性電極箔和陰性電極箔進行纏繞形成電容元件，在電容元件中有液體電解質(zhì)或固體電解質(zhì)，將組件裝在外殼中。通過常規(guī)方法如自動點焊或超聲波焊接將用于連接相應電極與外部的接頭端子分別連接在陽性電極箔和陰性電極箔上。
接頭端子包括三個部分，即扁平部分、圓桿部分和引線部分。扁平部分是與電極箔連接的部分。圓桿部分是插入到被外殼密封的密封體中的部分。引線部分是安裝在電路板的引出部分，在引線部分，用柔性引線以確保安裝時的操作性。
包括上述三個部分的接頭端子一般通過將兩部件彼此焊接來制備。具體地，通過提供鋁材料等的芯線，用芯線形成扁平部分和圓桿部分，將引線焊接在圓桿部分來制備接頭端子。用焊料將電解電容器安裝在電路板上。因此，為了改善可焊性，使用含鉛錫鍍層。
近年來，出于環(huán)境的考慮，開始使用無鉛化焊料使電子元件的電極端無鉛或連接電子元件。在作為電子構(gòu)件使用的引線中，開始用不使用鉛的錫鍍層，即所謂的“無鉛錫鍍層”，來替代傳統(tǒng)的含鉛錫鍍層。使用上述具有無鉛錫鍍層的引線會遇到這樣的問題在鋁圓桿部分和引線部分之間的焊接處產(chǎn)生錫須(tin whisker)。由于錫須隨時間而生長，即使在制造完接頭端子后立即去除錫須，在去除后錫須仍會逐漸生長。因此，將電解電容器安裝在電路板上后，陽極側(cè)引線產(chǎn)生的金屬須(whiskers)與陰極側(cè)引線產(chǎn)生的金屬須連接，或引線部分產(chǎn)生的金屬須到達電路板表面，導致?lián)脑黾与娊怆娙萜鞯穆╇姾鸵鸲搪贰?br> 考慮到這些問題，為了抑制從焊接處產(chǎn)生錫須，日本專利公開12386/2000號公開了具有含0.5-10.0重量％金屬如鉍的錫金屬層的引線。在錫中引入金屬如鉍可以抑制金屬須的產(chǎn)生。
為了使引線表面具有含鉍的錫金屬層，應該提供含預定量鉍的錫合金。因此，在制造接頭端子時不能直接使用購自盤條制造商等的無鉛鍍錫引線，需要另外進行電鍍的步驟。如果購自盤條制造商等的引線可以直接用來制造接頭端子，就可以避免制造過程的復雜化和生產(chǎn)成本的增高。
雖然產(chǎn)生金屬須的位置局限于鋁芯線和引線之間的焊接處，但在整個引線上提供了鉍/錫合金鍍層。因此在不產(chǎn)生金屬須的部位進行電鍍處理是沒有用處的，并且會導致成本的增加。
此外，由于加入錫中的鉍含量增加，不利地改變了電鍍性如焊料潤濕性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在鍍錫引線表面形成氧化錫可以抑制金屬須的產(chǎn)生，而不會影響焊料潤濕性。本發(fā)明基于該發(fā)現(xiàn)完成。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種接頭端子，即使在該接頭端子中使用購自盤條制造商并且具有無鉛錫鍍層的引線，也不會在焊接處產(chǎn)生錫須，同時還具有良好的焊料潤濕性，還提供該接頭端子的制造方法。
本發(fā)明的一個方面提供了一種用于電解電容器的接頭端子，其包括含表面具有錫金屬層之芯材的引線；具有壓扁部的鋁芯線，所述鋁芯線被焊接在引線的末端，引線和鋁芯線之間的焊接處表面經(jīng)金屬須生長抑制處理。因此，對產(chǎn)生金屬須的鋁芯線和引線之間焊接處表面進行金屬須生長抑制處理可以抑制錫須隨時間的生長。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，金屬須生長抑制處理是氧化錫形成處理。在焊接表面對錫進行氧化，將錫至少轉(zhuǎn)化為SnO或SnO2，可以有效地抑制從焊接處產(chǎn)生金屬須。
此外，優(yōu)選對接頭端子進行熱處理來進行氧化錫形成處理。熱處理溫度優(yōu)選在60-180℃范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在80-150℃范圍內(nèi)。在上述溫度范圍內(nèi)氧氣氛下對接頭端子進行熱處理，在錫鍍層表面形成氧化錫，可以獲得抑制了金屬須產(chǎn)生而不影響焊料潤濕性的接頭端子。
氧化錫形成處理還可以通過溶劑處理來進行。當采用溶劑處理來形成氧化錫時，可以僅對接頭端子需要進行金屬須生長抑制處理的部分選擇性地進行金屬須生長抑制處理。
溶劑優(yōu)選為含選自硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和其混合物的無機酸鹽的水溶液。更優(yōu)選作為溶劑的水溶液進一步含有銨鹽。經(jīng)過使用上述水溶液進行溶劑處理，在錫表面可以形成氧化錫，其程度不會影響焊料潤濕性并且可以獲得抑制金屬須生成的效果。
使用溶劑的金屬須生長抑制處理也可以與上述熱處理聯(lián)合進行。聯(lián)合進行熱處理和溶劑處理可以提供更好的金屬須生成抑制效果。
本發(fā)明的另一方面提供一種制造本發(fā)明電解電容器接頭端子的方法，所述方法包括以下步驟將具有壓扁部的鋁芯線與含表面具有錫金屬層之芯材的引線末端焊接；在焊接后馬上在焊接處涂覆和沉積溶劑。
本發(fā)明另一方面還提供一種制造本發(fā)明電解電容器接頭端子的方法，所述方法包括以下步驟將具有壓扁部的鋁芯線與含表面具有錫金屬層之芯材的引線末端焊接形成接頭端子；對焊接制備的接頭端子進行熱處理。
本發(fā)明的最佳實施方式下面描述本發(fā)明一個實施方案的接頭端子及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的電解電容器接頭端子包括含表面具有錫金屬層之芯材的引線；具有壓扁部并被焊接在引線末端的鋁芯線。引線和鋁芯線之間的焊接處經(jīng)金屬須生長抑制處理。構(gòu)成本發(fā)明接頭端子的引線具有錫鍍層。對于提供錫鍍層的步驟，可以使用常規(guī)制造方法。此外，引線可以是可商業(yè)獲得的無鉛鍍錫CP線(引入線)等。
對引線的厚度和長度沒有特別限制，根據(jù)電解電容器所需的特性可以使用各種CP線。從導電性的角度考慮，CP線通常是鐵芯/銅包皮型。
構(gòu)成本發(fā)明接頭端子的鋁芯線可以是在傳統(tǒng)接頭端子中使用的鋁芯線，并且可以購得。
在電解電容器中鋁芯線是電極，其一端是被壓扁的形狀。壓扁部分可以通過已知技術(shù)形成。例如，可以通過按壓鋁芯線和將壓制產(chǎn)品切削成預定的形狀來制造具有預定形狀的壓扁部分的鋁芯線。也可以在按壓的同時將壓扁部切削成預定形狀。
引線和鋁芯線可以通過傳統(tǒng)方法彼此連接形成接頭端子的形狀。例如，鋁芯線和引線可以通過例如以下方法彼此連接將鋁芯線和引線的末端熔化，通過火花放電等將它們彼此連接。將這樣獲得的接頭端子中的鋁芯線和引線之間的焊接處進行金屬須生長抑制處理可以獲得本發(fā)明的接頭端子。
本發(fā)明的發(fā)明人證實圍繞接頭端子焊接處產(chǎn)生的金屬須含單一的錫金屬物質(zhì)，還發(fā)現(xiàn)可以通過預先將焊接處的錫轉(zhuǎn)化為氧化錫來抑制金屬須隨時間的產(chǎn)生。具體地，本發(fā)明的發(fā)明人將注意力集中在金屬須產(chǎn)生的原因上，并對接頭端子的處理方法和金屬須產(chǎn)生之間的關(guān)系進行了廣泛而深入的研究，從而完成了本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，錫須含單一的錫金屬，估計來源于引線表面的錫鍍層，錫須僅在引線和鋁芯線之間的焊接處產(chǎn)生，而不是整個引線都產(chǎn)生金屬須。其原因被認為如下。具體地，在連接部，金屬如鋁、銅或錫固化，而焊接時產(chǎn)生的殘余應力還沒有被去除。與鋁和銅不同，錫的熔點低(232℃)，在低溫(幾十攝氏度)下可以引起結(jié)晶變換。認為在殘余應力(張力)還沒有被去除的狀態(tài)下，即使在室溫也會繼續(xù)發(fā)生錫的結(jié)晶變換，導致產(chǎn)生在焊接處出現(xiàn)的針狀金屬須。
由于在大約幾個月內(nèi)錫須的生長逐漸進行，應注意在接頭端子制造完成后立即去除金屬須不是根本的解決辦法。即，根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，應該抑制金屬須生長本身。
在本發(fā)明中，為了抑制錫的晶體生長，去除了焊接處的殘余應力，并將錫轉(zhuǎn)化為氧化錫，從而抑制金屬須的生成。意外地發(fā)現(xiàn)將焊接處的錫轉(zhuǎn)化為氧化錫不會引起錫的結(jié)晶變換，并能有效抑制錫的晶體生長。
本發(fā)明中，在60-180℃的溫度范圍內(nèi)，在氧氣氛下對接頭端子的焊接處進行熱處理，在錫鍍層表面形成氧化錫。熱處理在接頭端子制成后(鋁芯線與引線焊接后)進行。雖然可以采用在焊接前僅對鍍錫的引線進行熱處理隨后將經(jīng)熱處理的引線與鋁芯線焊接的方法，但優(yōu)選采用首先將鍍錫引線與接頭端子焊接隨后熱處理的方法。焊接后進行的金屬須生長抑制處理可以實現(xiàn)焊接處表面錫的有效氧化。低于60℃進行的熱處理在金屬須生成抑制效果上不令人滿意。雖然從錫氧化的角度考慮優(yōu)選高溫下進行熱處理，但在高于180℃進行的熱處理會造成錫的過度氧化，隨后造成引線表面電鍍的脫色，不利地劣化焊料潤濕性。即，重要的是將焊接處表面周圍金屬錫的一部分在氧氣氛下通過熱處理轉(zhuǎn)化為氧化錫(SnO或SnO2)。出于金屬須生成抑制的目的，優(yōu)選存在氧化錫。但全部金屬錫氧化為氧化錫會不利地劣化焊料潤濕性。在本發(fā)明的接頭端子中，優(yōu)選存在合適比例的金屬錫和氧化錫。能夠?qū)崿F(xiàn)金屬錫和氧化錫以合適比例存在的熱處理溫度特別優(yōu)選在80-150℃范圍內(nèi)。熱處理的時間優(yōu)選在10-60分鐘范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在15-30分鐘范圍內(nèi)。與熱處理溫度相同，當熱處理時間超過60分鐘時，錫的氧化就會過度，這種過度的氧化會不利地影響焊料潤濕性。
在本發(fā)明的電解電容器接頭端子中，由于焊接處殘留的未去除應力被熱處理緩和，金屬須的生成被更有效地抑制。熱處理可以用傳統(tǒng)方法進行，對其沒有特別限制。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方案中，金屬須生長抑制處理也可以通過溶劑處理進行。通過溶劑處理可以僅在連接端子的焊接處形成氧化錫。
可以制備接頭端子然后將無機酸水溶液涂覆在接頭端子上或?qū)⒔宇^端子浸入無機酸水溶液中形成氧化錫。但在本發(fā)明中溶劑處理優(yōu)選如下進行在制造接頭端子的過程中將鋁芯線與引線焊接，焊接后立即將無機酸水溶液涂覆和沉積在焊接處。這是因為，由于錫須在端子焊接后立即產(chǎn)生并逐漸生長，在金屬須還沒有生成時進行溶劑處理可以有效抑制金屬須的產(chǎn)生。焊劑后立即進行指在焊接后幾個毫秒到一秒的時間內(nèi)進行。在本發(fā)明中，優(yōu)選在焊接后500毫秒內(nèi)涂覆溶劑，更優(yōu)選300毫秒內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，在清潔接頭端子的同時涂覆和浸漬接頭端子。
在溶劑處理中，焊接的溫度優(yōu)選為80-250℃，更優(yōu)選85-185℃。因此，當在相對高的焊接溫度下涂覆溶劑時，可以促進氧化錫的形成，有效地抑制金屬須的產(chǎn)生。上述溫度可以通過在焊接后立即涂覆溶劑來實現(xiàn)。溶劑的溫度優(yōu)選為60-100℃。
在本發(fā)明處理方法中使用的溶劑優(yōu)選為含選自硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽的無機鹽的水溶液，優(yōu)選該水溶液進一步含有銨鹽。例如，含上述無機鹽和銨鹽的復鹽化合物的水溶液是適宜的。具體地，例如可以是氟硅酸銨水溶液。但溶劑不僅限于此。
當使用上述處理溶劑時，可以將錫氧化至不損害焊料潤濕性的程度。如上所述，在本發(fā)明的接頭端子中，從抑制金屬須產(chǎn)生的角度優(yōu)選在焊接處形成氧化錫。全部金屬錫都被氧化成氧化錫會不利地劣化焊料潤濕性。因此，金屬須和氧化錫的比例應適宜。可以用含無機鹽和銨鹽的水溶液來氧化金屬錫從而使金屬錫和氧化錫之間的比例適宜。水溶液的濃度優(yōu)選為1-10重量％。
實施例鍍100％錫的鐵/銅形成的導入線(CP線)作為引線，鋁芯線被切削成預定長度。切削的引線和鋁芯線通過電弧放電被焊接在一起，然后按壓鋁芯線形成壓扁部，制備接頭端子1。用石蠟溶液對接頭端子1清除油漬和清潔，在80℃下用熱空氣干燥12分鐘。
清除油漬的接頭端子1在熱電恒濕器(thermohygrostat)(PVH-110，TABAI ESPEC CORP.制造)中在表1所列溫度下干燥20分鐘(實施例1至4，和比較實施例1)。還提供了未經(jīng)熱處理的樣本(比較實施例2)。
然后，為了觀察經(jīng)熱處理的樣本(實施例)和未經(jīng)熱處理樣本(比較實施例)中金屬須的產(chǎn)生，在60℃×90％RH的條件下對這些樣本進行加速試驗250小時。加速試驗后，在光學顯微鏡下放大30倍觀察每個樣本焊接處產(chǎn)生的金屬須，測量接頭端子焊接處產(chǎn)生的金屬須的長度。
此外，對于加速試驗前的樣本，為了檢查焊料潤濕性，通過JIS C0053中說明的焊接試驗方法(平衡法)測量零交叉時間(ZCT值)。測量結(jié)果見表1。
表1

然后，對上述接頭端子進行溶劑處理將接頭端子1浸入120℃的1.0wt％硅酸鈉水溶液中2分鐘制備樣本6。在60℃×90％RH的條件下對這樣獲得的樣本進行加速試驗250小時。加速試驗后，用與上述相同的方法測量接頭端子焊接處產(chǎn)生的金屬須的長度。此外，用與上述相同的方法測量經(jīng)溶劑處理的樣本的焊料潤濕性。測量結(jié)果見表2。
引線和鋁芯線通過電弧放電焊接后300ms內(nèi)，在焊接處涂覆和沉積5wt％氟硅酸銨水溶液。然后，用與上述相同的方法扁平按壓鋁芯線部分制備接頭端子2(樣本7)。用石蠟溶液對這樣獲得的接頭端子2清除油漬和清潔，在80℃下用熱空氣干燥12分鐘。
對于上述制備的樣本6和7，用與上述相同的方法進行加速試驗，測量金屬須的長度和焊料潤濕性。結(jié)果見表2。
表2

權(quán)利要求
1.一種電解電容器的接頭端子，包括含表面具有錫金屬層之芯材的引線；具有壓扁部的鋁芯線，所述鋁芯線被焊接在引線的末端，引線和鋁芯線之間的焊接處經(jīng)金屬須生長抑制處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的接頭端子，其中所述金屬須成長抑制處理是氧化錫形成處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的接頭端子，其中經(jīng)氧化錫形成處理，引線和鋁芯線之間的焊接處至少含SnO或SnO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項的接頭端子，其中通過熱處理接頭端子進行氧化錫形成處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的接頭端子，其中所述熱處理是在60-180℃溫度范圍內(nèi)氧氣氛下進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的接頭端子，其中所述熱處理是在80-150℃溫度范圍內(nèi)氧氣氛下進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3的接頭端子，其中通過溶劑處理進行氧化錫形成處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的接頭端子，其中所述溶劑處理在鋁芯線與引線末端焊接后馬上進行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的接頭端子，其中所述溶劑是含有選自硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和其混合物的無機酸鹽的水溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接頭端子，其中所述作為溶劑的水溶液進一步含有銨鹽。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的接頭端子，其中水溶液的濃度是1-10重量％。
12.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項的接頭端子的方法，所述方法包括以下步驟將具有壓扁部的鋁芯線與含表面具有錫金屬層之芯材的引線末端焊接，形成接頭端子；和熱處理焊接制備的接頭端子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述熱處理是在60-180℃溫度范圍內(nèi)氧氣氛下進行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述熱處理是在80-150℃溫度范圍內(nèi)氧氣氛下進行。
15.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項的接頭端子的方法，所述方法包括以下步驟將具有壓扁部的鋁芯線與含表面具有錫金屬層之芯材的引線末端焊接；和在焊接處涂覆和沉積溶劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中涂覆和沉積溶劑的步驟在焊接后馬上進行。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中在清潔接頭端子時進一步涂覆和沉積溶劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17任一項的方法，其中所述溶劑是含有選自硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和其混合物的無機酸鹽的水溶液。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述作為溶劑的水溶液進一步含有銨鹽。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的方法，其中水溶液的濃度是0.5-10重量％。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至20任一項的方法，其中在對焊接處涂覆溶劑時，焊接處的溫度是80-250℃。
22.根據(jù)權(quán)利要求15至21任一項的方法，其中溶劑的溫度是60-100℃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接頭端子，即使在該接頭端子中使用購自盤條制造商的具有無鉛錫鍍層的引線，也不會從焊接處長出錫須，同時具有良好的焊料潤濕性。還提供該接頭端子的制造方法。該電解電容器的接頭端子包括含表面具有錫金屬層之芯材的引線；具有壓扁部的鋁芯線。鋁芯線焊接在引線末端，引線和鋁芯線之間的焊接處經(jīng)金屬須生長抑制處理。
文檔編號H01G9/008GK1751368SQ20048000042
公開日2006年3月22日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者石井太, 吉澤修平, 藤中博行 申請人:湖北工業(yè)株式會社