BR0104486B1

BR0104486B1 - método de controle de teor de cobre em um banho de imersão de solda e solda reabastecida.

Info

Publication number: BR0104486B1
Application number: BRPI0104486-9A
Authority: BR
Inventors: Tetsuro Nishimura; Masuo Koshi; Kenichirou Todoroki
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2012-10-16
Also published as: BR0104486A; MXPA01009644A; JP3221670B2; TW533115B; SK15152001A3; KR100852403B1; US20020134200A1; CA2368384C; CZ301025B6; ES2286099T3; US6699306B2; AU782095B2; EP1189725B1; SK286033B6; MY122835A; JP2001237536A; CN1362904A; EP1189725A1; DE60127911D1; DE60127911T2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE CONTROLE DE TEOR DE COBRE EM UM BANHO DE IMERSÃO DE SOLDA E SOLDA REABASTECIDA".

Fundamento da Invenção .1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma composição de uma solda sem chumbo, e mais particularmente a um método para controlar a compo- sição de uma liga de solda fundida em um banho de solda para produzir jun- tas de solda adequadas em uma operação de imersão de solda. .2. Descrição da Técnica Relativa

A solda tipicamente adquire sua umidade em metais a uma tem- peratura relativamente baixa de 250°C (graus centígrados) ou similar. Quan- do uma chapa impressa ou fios guias são feitos de cobre, o cobre na super- fície do componente se dissolve em um banho de solda em uma operação de soldagem. Isto é chamado de operação de lixiviação. Em soldas sem chumbo, o cobre se dissolve rapidamente durante o recobrimento com solda. Os inventores desta invenção descobriram que a densidade do cobre au- menta rapidamente em um banho de solda. Com a densidade do cobre au- mentando, o ponto de fusão da solda aumenta, a tensão de superfície e a fluidez mudam, levando a pontes de solda, cavidades, conexões incompletas de solda, espigões de solda, pingentes, etc.. A qualidade da junta da solda é assim substancialmente degradada. Também, em associação com o aumen- to da densidade do cobre, o ponto de fusão aumenta. Uma vez começado, o aumento da densidade do cobre cresce juntamente com o aumento do ponto de fusão.

Um dos inventores desta invenção desenvolveu uma nova liga de solda contendo níquel (Publicação Internacional W099/48639) e melhorou com sucesso a fluidez com níquel na técnica descrita. Neste caso o controle adequado do teor de cobre é desejável.

Uma vez que a densidade do cobre aumenta, a reposição de toda a solda em um banho com solda nova é um meio efetivo para resolver este problema. A reposição da solda, entretanto, precisa ser freqüentemente executada, aumentando custos, e exigindo o descarte desnecessário de re- cursos.

Sumário da Invenção

A presente invenção foi desenvolvida para resolver o problema acima. É um objetivo da presente invenção para fornecer um método de controle para controlar a densidade do cobre dentro de uma faixa adequada sem a necessidade de reposição da solda no banho.

Quando amplamente usadas, chapas impressas chapeadas com cobre e componentes de peças tendo fios guias de cobre se submetem a uma operação de soldagem por imersão, a densidade do cobre na solda fundida em um banho aumenta como resultado da lixiviação do cobre. Verifi- cando que é impossível evitar este fenômeno, concluímos que controlar po- sitivamente a densidade do cobre pela diluição do teor de cobre é a melhor forma possível.

Entre as ligas de cobre contendo cobre como sua composição essencial, uma liga com base de éstanho-cobre-níquel, por exemplo, é deci- dido aumentar a soldabilidade adicionando-se uma pequena quantidade de níquel a uma liga eutética de estanho-cobre, a qual é uma composição bási- ca para uma solda sem chumbo. Quando dissolvida, esta solda mostra uma excelente fluidez, e tem alta performance de solda por imersão na monta- gem de uma grande quantidade de placas eletrônicas. Esta solda é quase livre de pontes, vazios, conexões incompletas de soldas, espigões de sol- das, pingentes, etc., que são sempre problemáticos em uma produção em grande volume. Entretanto, há um aumento substancial na densidade do cobre da solda fundida no banho dependendo do rendimento do banho. A lixiviação do cobre desenvolve um composto intermetálico de estanho-cobre tendo um alto ponto de fusão e incapaz de ser dissolvido a uma temperatura de operação predeterminada. Observamos que a liga gruda em um objeto a ser soldado, degradando portanto a qualidade da solda. A quantidade de cobre dissolvida no estanho varia com a temperatura. Uma vez que o cobre tem um alto ponto de fusão de 1.083°C, mesmo um leve aumento do cobre resulta em um aumento substancial no ponto de fusão da solda. Estudamos formas de continuar a operação de soldagem sem aumentar a densidade do cobre na solda, e desenvolvemos o método a seguir.

Quando se observa um aumento na densidade do cobre da sol- da fundida em um banho contendo estanho, níquel e cobre como seus maio- res compostos, uma liga contendo pelo menos estanho e níquel e absoluta- mente nenhum cobre, ou com um cobre que tenha uma densidade menor que a de uma solda fundida inicial mantida no banho é reabastecida. Quan- do uma solda sem chumbo de cerca de 0,5% de cobre, e cerca de 0,05% de níquel com saldo de estanho como um complemento é introduzida em um banho, uma liga contendo pelo menos cerca de 0,05% de níquel com saldo de estanho ou uma liga contendo pelo menos cerca de 0,05% de níquel com saldo de estanho incluindo menos que 0,5% de cobre é reabastecida de forma a manter boas as condições com o reabastecimento do cobre.

Em um outro exemplo, uma solda sem chumbo de cerca de0,8% de cobre, cerca de 3,5% de prata, e cerca de 0,05% de níquel com saldo de estanho é introduzida em um banho de solda, uma liga contendo pelo menos cerca de 3,5% de prata, e cerca de 0,05% de níquel com saldo de estanho, ou uma liga contendo pelo menos cerca de 3,5% de prata, e cerca de 0,05% de níquel com saldo de estanho incluindo menos que 0,8% de cobre é reabastecida de forma a manter boas as condições da solda.

Uma vez que uma liga a ser reabastecida (doravante chamada "liga reabastecida") não tenha nenhum teor de cobre ou um teor de cobre que tenha uma densidade menor que a da liga da solda fundida antes do reabastecimento da liga, o cobre no banho é diluído quando a liga reabaste- cida se dissolve no banho. Embora a adição de cobre na solda reabastecida não seja uma necessidade, quando uma taxa de aumento na densidade do cobre for menor que a esperada dependendo das condições da temperatura no banho de solda, será melhor adicionar uma pequena quantidade de co- bre. A solda pode ser grandemente consumida, por exemplo, por uma chapa impressa tendo furos. Neste caso, espera-se que o reabastecimento de uma liga que não tenha nenhum teor de cobre diminua excessivamente o teor de cobre, e é preferível o reabastecimento da liga contendo uma leve quantida- de de cobre.

A solda sem chumbo no banho inclui estanho, cobre e níquel. A presente invenção não é limitada a isto. A presente invenção pode ser apli- cada enquanto a liga de solda no banho incluir pelo menos cobre. A pre- sente invenção é também aplicada quando a liga da solda no banho incluir elementos para melhorar a umidade ou para antioxidação. Para este fim, prata, bismuto, índio, fósforo, germânio, etc., podem ser incluídos na liga da solda. Estes meios também caem no escopo da presente invenção.

A quantidade de solda reabastecida é determinada consideran- do-se o consumo de solda fundida em um banho, a temperatura do líquido, o consumo de solda por lote de chapas impressas, etc.. Em muitos casos um aumento na densidade de cobre e o rendimento das chapas impressas estão correlacionados linearmente. O nível de solda fundida no banho é monitora- do continuamente. A solda é então reabastecida quando a quantidade de solda cai abaixo de um nível predeterminado. A forma do volume de solda reabastecido inclui, mas não está limitada a barras de solda ou fios de solda. Uma vez que o aumento na densidade do cobre e o rendimento das chapas impressas estão correlacionados linearmente como já discutido, um peso predeterminado de solda pode ser reabastecida em resposta a um rendi- mento predeterminado de chapas impressas. Alternativamente, o reabaste- cimento de solda pode ser executado por um período de tempo predetermi- nado. Estes métodos podem, opcionalmente, ser usados em combinação.

Em um controle ótimo para resolver vários problemas envolvidos no aumento da densidade de cobre, a densidade de cobre da solda fundida contendo estanho, cobre e níquel como seus maiores componentes é prefe- rivelmente mantida em menos de 0,85% em peso com a solda fundida a uma temperatura de cerca de 255°C. Uma densidade alvo de 0,85% em peso não é um valor rígido, mas um valor aproximado, e tem uma margem dependendo de uma troca na temperatura do líquido. Entretanto, como as conexões da solda se tornam degradadas acima de 0,90% em peso, a den- sidade alvo de cobre de 0,85% em peso pode ser observada neste sentido.

Um equipamento, incorporando uma chapa impressa que é pro- duzida através do banho de imersão de solda controlado de acordo com o método acima, evita substancialmente a introdução de chumbo, que é consi- derado como metal venenoso. O equipamento não contamina o ambiente de trabalho durante a produção, e não apresenta sérios problemas ambientais quando é descartado.

Breve Descrição dos Desenhos

A Fig. 1 é um gráfico plotando uma mudança em uma densidade de cobre na técnica convencional; e

A Fig. 2 é um gráfico plotando uma mudança em uma densidade de cobre quando uma solda contendo Sn-0,05% Ni é reabastecida. Descrição das Representações Preferidas Exemplo Comparativos

Um banho de solda foi preenchido com uma solda contendo cer- ca de 0,5% de cobre, e cerca de 0,05% de níquel com o saldo de estanho. Uma grande quantidade de chapas impressas foi processada a uma tempe- ratura de solda de 255 ± 2°C. Quando a solda que tinha a mesma composi- ção que a solda inicial foi continuamente reabastecida, a densidade do cobre no banho aumentou até um nível indesejado conforme mostrado na Figura 1 em suplemento a uma saída de 20000 chapas impressas. Como resultado, o ponto de fusão da solda no banho aumenta, a solda no banho muda na ten- são de superfície e na fluidez. A soldabilidade da solda torna-se extrema- mente pobre com as pontes de solda, cavidades, conexões incompletas de solda, espigões de solda, pingentes, etc.. A percentagem a seguir é expres- sa em peso percentual. Exemplo 1 desta invenção

Um banho de solda foi preenchido com uma solda sem chumbo contendo cerca de 0,5% de cobre, e cerca de 0,05% de níquel e o saldo de estanho. Uma grande quantidade de chapas impressas foi processada a uma temperatura de solda de 255 ± 2°C sob as mesmas condições daquelas do exemplo comparativo. Soldas que não têm absolutamente teor de cobre foram então reabastecidas. Neste exemplo, a solda reabastecida continha cerca de 0,05% de níquel com o saldo de estanho sendo continuamente adi- cionado. A densidade do cobre era estável a um nível de 0,7% ou similar conforme mostrado na Fig. 2. Nenhuma performance pobre de solda foi cria- da.

Exemplo 2 desta invenção

Um banho de solda foi preenchido com uma liga inicial de solda contendo cerca de 0,6% de cobre, cerca de 0,05% de níquel e um metal anti oxidante tal como germânio, fósforo ou cálcio adicionado em uma quantida- de adequada e com o estanho restante. Uma operação de soldagem foi exe- cutada a uma temperatura de soldagem de 255 ± 2°C sob as mesmas con- dições daquelas do exemplo comparativo. Uma liga de solda idêntica à solda inicial no banho, mas sem cobre, foi reabastecida. Como resultado, confor- me no exemplo 2, a densidade do cobre atingiu cerca de 0,7% e nivelou-se e foi estabilizada neste nível.

Exemplo 3 desta invenção

Um banho de solda foi cheio com uma solda sem chumbo con- tendo cerca de 0,6% de cobre, e cerca de 0,05% de níquel com o saldo sen- do estanho. Uma operação de solda foi executada a uma temperatura de solda de 255 ± 2°C sob as mesmas condições daquelas nos exemplos pre- cedentes. Uma solda estanho níquel sem cobre mas com um metal anti oxi- dante tal como germânio, fósforo, ou cálcio adicionado em uma quantidade adequada foi reabastecida. Como resultado, como nos exemplos acima, a densidade de cobre atingiu cerca de 0,7% e nivelou-se e foi estabilizado na- quele nível.

As ligas de solda usadas foram uma liga estanho-cobre-níquel. O elemento positivamente controlado foi apenas o cobre, e não há necessi- dade de controlar outros elementos. Isto é verdade para as ligas que conte- nham prata, bismuto, índio, fósforo, germânio, etc., para melhorar a umidade ou para a antioxidação.

A presente invenção controla positivamente, em uma solda fun- dida em um banho, o cobre que é um metal essencialmente necessário, mas que é prejudicial à soldabilidade quando a sua densidade excede um valor limite. Mesmo se uma grande quantidade de operações de soldagem for executada usando-se o mesmo banho de solda, á qualidade das juntas de soldagem é mantida excelente. Um equipamento, incorporando uma chapa impressa que é produzida através da imersão em um banho de solda con- trolado de acordo com o método acima, reduz substancialmente o chumbo, e nem contamina o ambiente de produção e o ambiente operacional, nem emite uma grande quantidade de chumbo em operações de descarte. A contaminação ambiental com a produção de volume é assim substancial- mente controlada.

Claims

1. Método de controle de teor de cobre em um banho de imersão de solda mantendo uma liga de solda fundida contendo pelo menos cobre como um de seus componentes essenciais durante uma etapa de soldagem por imersão de uma chapa de circuito impresso tendo uma folha metálica de cobre presa a mesma e uma peça componente tendo cobre e chumbo pre- sos a mesma, o método caracterizado pelo fato de que compreende a eta- pa de introduzir uma solda reabastecida contendo 0% de teor de cobre ou um teor de cobre tendo um teor menor que aquele da solda fundida mantida no banho antes do fornecimento da solda reabastecida ao banho de modo que o teor de cobre no banho seja controlado para menos de 0,85% em pe- so com a liga de solda fundida a uma temperatura de aproximadamente 255°C.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga da solda fundida no banho compreende estanho, cobre e níquel como seus principais componentes, e em que a solda reabastecida compreende estanho e níquel como seus principais componentes.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga da solda fundida no banho compreende estanho, cobre e níquel como seus principais componentes, e que a solda reabastecida com- preende estanho, cobre e níquel como seus principais componentes.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga da solda fundida no banho compreende estanho, cobre e prata como seus principais componentes, e a solda reabastecida compreen- de estanho e prata como seus principais componentes.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga da solda fundida no banho compreende estanho, cobre e prata como seus principais componentes, e a solda reabastecida compreen- de estanho, cobre e prata como seus principais componentes.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a solda reabastecida é alimentada quan- do o nível da solda fundida no banho cai abaixo de um nível predeterminado.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5., caracterizado pelo fato de que a solda reabastecida é alimentada ao banho de solda fundida cada vez que um número predeterminado de placas de circuito impresso for processado através do banho.

8. Solda reabastecida introduzida em um banho de solda de a - cordo com o método de controle do teor de cobre conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que compreende estanho, cobre e níquel como sua composição principal, a sol- da reabastecida compreendendo estanho e níquel como seus principais componentes.

9. Solda reabastecida, de acordo com a reivindicação 8, carac- terizada pelo fato de que compreende estanho, cobre e prata como seus principais componentes, a solda reabastecida compreendendo estanho e prata como seus principais componentes.