CN109963684B - Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金、预成型软钎料、包芯软钎料及钎焊接头 - Google Patents

Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金、预成型软钎料、包芯软钎料及钎焊接头 Download PDF

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Abstract

提供通过在金属配管的低温接合时抑制接合界面的金属间化合物层的生长，从而能够确保金属配管的长期的接合可靠性的软钎料合金。本发明的软钎料合金具有以质量％计由Sb：5.0～15.0％、Cu：0.5～8.0％、Ni：0.025～0.7％、Co：0.025～0.3％、余量Sn组成，且Co、Ni的含量(质量％)满足0.07≤Co/Ni≤6的合金组成。

Description

Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金、预成型软钎料、包芯软钎 料及钎焊接头
技术领域
本发明涉及抑制金属间化合物的生长的软钎料合金、预成型软钎料、包芯软钎料及钎焊接头。
背景技术
空调、冰箱等白色家电具备冷却装置。冷却装置主要具备压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、及向各装置供给制冷剂的配管。作为基于冷却装置的冷却循环，首先，用压缩机将气体制冷剂压缩，压缩后的高温高压气体通过冷凝器而液化。液化的制冷剂通过膨胀阀而压力急剧地降低，由此沸点降低。然后，用蒸发器将液化的制冷剂气化。最后，再次用压缩机将气化的制冷剂压缩，重复上述循环。由于用该蒸发器进行了液化的制冷剂在气化时的吸热，导致周围为低温。
构成前述冷却装置的各设备在连接用于供给制冷剂的配管后配置于白色家电内。作为配管的连接方法，例如如专利文献1记载那样，采用了通过硬钎焊进行连接的方法。根据专利文献1，记载了：硬钎焊部位多时会担心由制冷剂泄漏导致的可靠性的降低，因此减少硬钎焊部位。
但是，对于基于硬钎焊的配管接合，要求硬钎焊操作者的熟练，接合部的品质受操作者的熟练度左右。由于该熟练度的差异，有时在加热配管时配管温度过高从而配管发生变形，或在硬钎料内产生空隙从而产生制冷剂泄漏故障。另外，若配管温度过低，则有时硬钎料不会渗透至配管的间隙整周，产生制冷剂泄漏故障。进而，由于硬钎焊会使配管进行退火，因此有时使配管软化，从而成为变形的原因。此外，由于硬钎焊需要高温和长的加热时间，因此在配管接合时成为潜在的火灾原因。
因此，专利文献2中记载了适于低温下的Cu管、黄铜管道等金属配管接合的无铅软钎料合金组成。专利文献2中记载的软钎料合金为了扩大Sn-Sb-Cu软钎料合金的固相线温度及液相线温度的范围而含有Cu 3～5质量％。另外，专利文献2中记载的发明中，通过加热至比固相线温度稍微高的温度而使液相和固相共存，从而液体部分流入至管与管的间隙小的部位，并且固体部分填充至间隙大的部位来进行配管接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-49974
专利文献2：日本特开平2-34295
发明内容
发明要解决的问题
对于专利文献2中记载的软钎料合金，为了改善专利文献1中记载的硬钎焊接合的问题，具有进行可低温下操作的软钎焊的合金组成。但是，对于专利文献2中记载的软钎料合金，Cu的含量多，在形成接合Cu管彼此的钎焊接头时会担心Cu6Sn5之类的金属间化合物(以下，适宜地称为“IMC”(Inter Metallic Compound)。)的析出及IMC层的生长。另外，最近的冷却装置中，不仅使用Cu管，还使用Fe管。因此，将Cu管和Fe管接合时，有时在经过基于制冷剂循环的温度循环时制冷剂从接合部泄漏，成为故障的原因。
另外，专利文献2中记载的软钎料合金还公开了含有Ni。已知若在软钎料合金中添加Ni，则Cu6Sn5变为(Cu、Ni)6Sn5，会抑制在接合界面的断裂。但是，若经过将来的基于制冷剂循环的温度循环，则仅依靠如专利文献2所记载那样添加Ni的情况下难以充分抑制在接合界面的断裂。
最近的白色家电通过性能的提高而寿命变长，随之，安装于白色家电中的冷却装置的配管暴露于长时间的温度循环。为了防止制冷剂从配管接合部泄漏，在使用了软钎料合金的配管的低温接合中要求抑制IMC生长。
本发明的课题在于，提供通过在进行金属配管的低温接合时抑制在接合界面生成的金属间化合物层的生长，从而能够确保金属配管的接合时及长期的接合可靠性的软钎料合金、预成型软钎料、包芯软钎料及钎焊接头。
用于解决问题的方案
本发明人等从成本降低的观点出发，为了采用使用了现有的配管而不使用特殊材质的配管的接合方法，使用软钎焊来代替硬钎焊，对适于其的软钎料合金组成进行了研究。通常，金属配管的接合中，将一个管的端部插入到另一个管中，在一个管的外周与另一管的内周，利用高频加热、火焰对两者相对的部分及其附近区域进行加热。因此，与半导体装置那样在控制了温度、气氛的环境下对微细的电极部分进行接合的情况相比，加热条件有偏差、加热面积及接合面积广大，因此接合界面的IMC层容易生长。
因此，本发明人等考虑如上所述的配管接合条件，将专利文献2中记载的Sn-Sb-Cu软钎料合金作为基本组成，对抑制配管接合时的IMC层的生长的元素进行了讨论。此处，白色家电中使用的冷却装置的金属配管通常为Cu管，但如前述，有时使用Fe管，因此在与Fe管的接合中需要选择抑制IMC层的生长那样的元素。对于Fe管，从抑制Fe向软钎料合金的扩散的观点出发，作为软钎料合金可含有的元素，有时将Fe、Co、Ni视为等效。但是，Fe因在Sn系软钎料合金中使软钎料合金的熔点显著上升这点而不优选。Co及Ni的熔点也高。因此，认为在进行低温下的配管接合的情况下，如以往那样使用这些被视为等效的元素是困难的。
本发明人等进一步进行了研究，结果，特意添加以往认为不适于低温下的配管接合的Ni，使用Sn-Sb-Cu-Ni系软钎料合金尝试与Fe管、Cu管的接合。其结果，仅通过Ni的添加不能抑制IMC层的生长。但是得到了如下见解：Ni含量为规定范围内时，在进行配管接合方面，熔点的上升为允许范围。
因此，尝试了向该合金组成中进一步添加规定量的与Ni同样地以往避免添加的Co，结果意想不到地得到了如下见解：可抑制熔点的上升、并且接合界面的IMC层与未添加Co的以往的软钎料合金组成相比能够薄1.5倍以上。
进而进行了详细的调査，结果还得到了如下见解：Ni含量及Co含量的含有比在规定的范围内会降低IMC层的生长。
通过这些见解得到的本发明如下。
(1)一种Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其特征在于，具有以质量％计由Sb：5.0～15.0％、Cu：0.5～8.0％、Ni：0.025～0.7％、Co：0.025～0.3％、余量Sn组成的合金组成，
前述合金组成满足下述(1)式。
0.07≤Co/Ni≤6(1)
(1)式中，“Co”、“Ni”分别表示Co、Ni的含量(质量％)。
(2)根据上述(1)所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，合金组成以质量％计含有Sb：5.0～9.0％。
(3)根据上述(1)或上述(2)所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，合金组成以质量％计含有Cu：0.5～3.0％。
(4)根据上述(1)～上述(3)中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，合金组成以质量％计含有Ni：0.025～0.1％。
(5)根据上述(1)～上述(4)中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其液相线温度为450℃以下。
(6)一种预成型软钎料，其具有上述(1)～上述(5)中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金。
(7)一种包芯软钎料，其具有上述(1)～上述(5)中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金。
(8)一种钎焊接头，其具有上述(1)～上述(5)中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金。
附图说明
图1为示出配管的接合方法的图，图1的(a)为第一配管的侧视图，图1的(b)为具备扩管部的第二配管的侧视图，图1的(c)为示出将预成型软钎料嵌合于第一配管的工序的图，图1的(d)为示出将第一配管嵌入至第二配管并且使预成型软钎料与扩管部的端面抵接的工序的图，图1的(e)为示出对预成型软钎料进行加热的工序的图，图1的(f)为示出对预成型软钎料进行加热而使软钎料流入第一配管与第二配管的间隙来将两配管接合从而形成了接合部的状态的局部透视图。
图2为示出在端部具有扩口加工部的第一配管的图，图2的(a)为侧视图，图2的(b)为端部附近的局部立体图。
图3为预成型软钎料的立体图，图3的(a)为示出中空圆筒形状的预成型软钎料的图，图3的(b)为示出环形状的预成型软钎料的图。
图4为使用比较例3和实施例5在450℃-3分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面SEM照片，图4的(a)为示出任意抽取2处使用了比较例3的接合面，对形成于各个截面的IMC层的膜厚分别进行5点测定而得到的结果的SEM照片，图4的(b)为示出任意抽取2处使用了实施例5的接合面，对形成于各个截面的IMC层的膜厚分别进行5点测定而得到的结果的SEM照片。
图5为使用比较例3和实施例5在450℃-3分钟、450℃-10分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面SEM照片，图5的(a)为示出使用比较例3在450℃-3分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片，图5的(b)为示出使用实施例5在450℃-3分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片，图5的(c)为示出使用比较例3在450℃-10分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片，图5的(d)为示出使用实施例5在450℃-10分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片。
具体实施方式
以下更详细地对本发明进行说明。本说明书中，软钎料合金组成相关的“％”只要没有特别指定就为“质量％”。
1.合金组成
(1)Sb：5.0～15.0％
Sb是为了提高软钎料合金的强度所必需的元素。另外，Sb为提高温度循环性、耐疲劳性的元素。
若Sb含量不足5.0％，则不能发挥上述效果。Sb含量的下限为5.0％以上、优选为6.0％以上、更优选为6.5％以上、特别优选为7.0％以上。另一方面，若Sb含量超过15.0％，则液相线温度容易超过450℃，因此软钎焊的操作性恶化。另外，软钎料合金变硬，以及SnSb金属间化合物粗大化而应变集中在晶界处，有从晶界断裂的担心。Sb含量的上限为15.0％以下、优选为14.0％以下、更优选为13.0％以下、进一步优选为12.0％以下、特别优选为11.0％以下。另外，从使润湿扩展性良好、使软钎料容易流入至管道间的观点出发，Sb含量的上限最优选为9.0％以下。
(2)Cu：0.5～8.0％
Cu是为了提高钎焊接头的接合强度所必需的元素。若Cu不足0.5％，则强度不会提高，温度循环特性也不会提高。Cu含量的下限为0.5％以上、更优选为0.6％以上、进一步优选为0.8％以上、特别优选为1.0％以上。另一方面，若Cu含量超过8.0％，则液相线温度超过450℃，因此，软钎焊的操作性恶化。Cu含量的上限为8.0％以下、优选为6.0％以下、更优选为5.0％以下、进一步优选为4.0％以下。另外，从使润湿扩展性良好、使软钎料容易流入至管道间的观点出发，Cu含量特别优选为3.0％以下。
(3)Ni：0.025～0.7％
Ni是在Cu6Sn5中均匀地分散、为了抑制在金属配管与软钎料合金的接合界面的断裂所必需的元素。
另外，通过与Co一起添加，从而抑制IMC层的生长，均匀地形成微细的IMC层。若Ni含量不足0.025％，则与Co同时添加时不能充分发挥抑制IMC层的生长的效果。Ni含量的下限为0.025％以上、优选为0.035％以上、特别优选为0.05％以上。另一方面，若Ni含量超过0.7％，则液相线温度超过450℃，因此，软钎焊的操作性恶化。Ni含量的上限为0.7％以下、优选为0.6％以下、更优选为0.5％以下、进一步优选为0.4％以下。
进而，从使软钎料容易流入管道间的观点出发，Ni含量的上限特别优选为0.1％以下、最优选为0.07％以下。
(4)Co：0.025～0.3％
Co通过与Ni一起添加，从而抑制IMC层的生长，形成微细的IMC层。Co在软钎料合金的凝固时生成为多个凝固核，在其周围使Sn相析出，因此有助于软钎料合金的组织的微细化。随之，接合界面的IMC层变薄，能够抑制IMC层的生长。进而，由于Ni在Cu6Sn5中均匀地存在，因此晶粒的生长彼此受到抑制，抑制IMC层的生长。
若Co含量不足0.025％，则不会发挥这种效果。Co含量的下限为0.025％以上、优选为0.035％以上、特别优选为0.050％以上。另一方面，若Co含量超过0.3％，则液相线温度超过450℃，因此，软钎焊的操作性恶化。Co含量的上限为0.3％以下，优选为0.2％以下、更优选为0.1％以下、特别优选为0.07％以下。
(5)Ni与Co的比率
本发明中，Ni与Co的含量的比率满足下述(1)式。
0.07≤Co/Ni≤6(1)
(1)式中，“Co”、“Ni”分别表示Co、Ni的含量(质量％)。
Co及Ni特别是在将Cu管和Fe管接合时发挥效果。两元素抑制Fe向软钎料合金中的扩散，其结果，能够抑制FeSn、FeSn2这样的脆的金属间化合物的生成。另外，如前述，Ni在形成于接合界面的Cu6Sn5中均匀地分散从而抑制与Cu管的接合界面处的破坏，Co抑制IMC层的生长。因此，两元素在本发明的软钎料合金中密切关联。即，推测在本发明中，通过在添加Ni而使金属间化合物的组织均匀的基础上添加Co，从而金属间化合物变微细。
为了发挥这种效果，优选两元素的含量的比即Co/Ni满足(1)式。Co/Ni的下限为0.07以上，更优选为0.09以上。Co/Ni的上限为6以下，更优选为4以下、进一步优选为2以下、特别优选为1以下。
3.预成型软钎料
本发明的预成型软钎料可以以环形状、圆筒形状、将焊丝卷绕3周以下而成的形状等形态来使用。对于详细情况，利用图3在后面叙述。
4.包芯软钎料
本发明的软钎料合金适合用于预先在软钎料中具有焊剂的包芯软钎料。另外，从向烙铁供给软钎料的观点出发，也可以以焊丝的形态使用。进而也可以应用于在焊丝中密封有焊剂的包芯焊丝。也可以在各个软钎料的表面覆盖有焊剂。此外，也可以在软钎料中不具有焊剂的软钎料的表面覆盖有焊剂。
软钎料中的焊剂含量例如为1～10质量％，焊剂中的松香(rosin)含量为70～95％。通常，松香为有机化合物且含有碳、氧，因此本发明中对末端的官能团等没有限定。
5.钎焊接头
本发明的钎焊接头适于金属配管彼此的连接。也可以对金属配管实施过软钎料镀覆。此处，“钎焊接头”是指配管的连接部。
6.配管的接合方法
使用本发明的软钎料合金的配管的接合方法中，例如，将第一配管和在端部具备扩管部的第二配管接合，所述扩管部具有比第一配管的外径大的内径。
作为工序，为：将预成型软钎料嵌合于第一配管的工序、将嵌合有预成型软钎料的第一配管嵌入至第二配管的扩管部并且使预成型软钎料与扩管部的端面抵接的工序、对预成型软钎料进行加热的工序这3个工序。
以下，利用图详细地叙述。
图1为示出配管的接合方法的图，图1的(a)为第一配管1的侧视图，图1的(b)为具备扩管部2a的第二配管2的侧视图，图1的(c)为示出将预成型软钎料3嵌合于第一配管1的工序的图，图1的(d)为示出将第一配管1嵌入至第二配管2并且使预成型软钎料3与扩管部2a的端面2b抵接的工序的图，图1的(e)为示出对预成型软钎料3进行加热的工序的图，图1的(f)为对预成型软钎料3进行加热而使软钎料流入第一配管1与第二配管2的间隙来将两配管接合从而形成了接合部4的状态的局部透视图。
(1)配管
本发明中使用的配管可以如图1的(a)及图1的(b)所示那样使用直线状的配管，也可以使用弯曲成规定的角度的配管。图1的(a)所示的第一配管1为未对端部实施特殊加工的通常的配管。第二配管2如图1的(b)所示，在至少一个端部具备扩管部2a。扩管部2a的内径比第一配管1的外径大，使得第一配管1的端部可嵌入。第一配管1的外径与扩管部2a的内径之差只要为软钎料可填充两者的间隙的程度即可，可以为2mm左右。
第二配管2中，理想的是扩管部2a以外的部分的外径为第一配管1的外径以下，更理想的是与第一配管1的外径相同。若扩管部2a以外的部分的外径为第一配管1的外径以下，则将第一配管1嵌入至扩管部2a的情况下，由于第一配管1的端部抵接在扩管部2a的缩径部2c，第一配管1向扩管部2a的嵌入长度为恒定，因此操作变容易。另外，对两者的材质没有特别限定，例如只要为Cu管、以Fe为主成分的Fe管即可。也可以对这些配管实施过软钎料镀覆。
另外，使用后述的环形状的预成型软钎料3的情况下，为了获得软钎料量而必须使用粗的焊丝，但有时这成为熔融软钎料的溢出的原因。另外，对于环形状的预成型软钎料3，由于将焊丝形成为环状，因此截面呈大致圆形，与扩管部2a的端面2b的接触面积小。因此，有时熔融软钎料难以流入到扩管部2a与第一配管1的间隙。从所述观点出发，在使用由大致圆形状的截面的直径比扩管部2a的单侧厚度大的焊丝形成的环形状的预成型软钎料3的情况下，理想的是在扩管部2a的端部如图2所示具备扩口加工部2d。通过具备扩口加工部2d，从而抑制熔融软钎料溢出到扩管部2a的外周，并且使其容易流到扩管部2a与第一配管1的间隙。对于扩口加工部2d的单侧宽度，根据环形状的预成型软钎料3的截面直径来适宜调整以使熔融软钎料不溢出到扩管部2a的外周即可。
进而，使用环形状的预成型软钎料3的情况下，为了使熔融软钎料不溢出，理想的是第二配管2的纵截面中的扩口加工部2d的形状为漏斗形状。在这一点上，第二配管2的纵截面中的扩管部2a的形状也同样。
预成型软钎料3不是包芯软钎料的情况下，可以在第一配管1的端部的外周面、和/或第二配管2的扩管部2a的内周面涂布有焊剂。另外，可以将第一配管1嵌入至第二配管2后，向预成型软钎料3滴加焊剂。
以下对使用了这些配管的配管接合方法进行详细叙述。
(2)将预成型软钎料嵌合于第一配管的工序
该接合方法中，首先，如图1的(c)所示，将预成型软钎料3嵌合于第一配管1的端部。预成型软钎料3具有一定的大小及形状，因此能够在低温区域供给规定量的软钎料而不像硬钎料那样需要熟练度。
使用熔点比硬钎料低的软钎料作为接合体的情况下，能够降低温度的偏差。硬钎料的接合中，通常利用燃烧器加热至1000℃的高温而使硬钎料熔融，因此有时因熟练度不同而在900～1100℃左右产生偏差，接合部的品质会产生差异。另一方面，软钎料加热至300～450℃左右即可，即使在熟练度低的情况下，也不会如硬钎料那样产生200℃的温度误差。若在软钎焊时产生这种温度误差，则进行软钎焊自身本就困难。
即使利用温度计来控制加热温度，由于硬钎焊通常使用燃烧器进行加热，因此短时间内的温度控制也是困难的。即使用高频感应加热装置进行加热，为了加热至1000℃的高温，也需要具备大的电源装置和用于将线圈冷却的大规模的冷却机构，操作性差。即使为低温硬钎料，也必须要加热至500℃以上，无法解决上述的问题。进而，使用硬钎料的接合需要高温加热，因此导致成本上升。
另一方面，由于该接合方法中使用熔点低且规定的大小的预成型软钎料3，因此软钎料的供给量恒定，加热温度的偏差少。因此，不必如硬钎焊那样需要熟练度，因此操作性优异。
对于本发明中使用的预成型软钎料3的形状，理想的是如图3的(a)所示那样为中空圆筒形状。为中空圆筒形状时，在想要增加软钎料量的情况下，仅加长预成型软钎料3即可。另外，中空圆筒形状的预成型软钎料3仅通过将焊丝压延并切断为规定的长度后形成为环状即可形成，因此使得成本降低。
图3的(a)所示的中空圆筒形状的情况下，理想的是预成型软钎料3的纵截面为大致矩形。该情况下，扩管部2a的端面2b与预成型软钎料3的端面3a以面进行抵接，因此接触面积大，熔融软钎料容易流入至扩管部2a与第一配管1的间隙，图1的(f)所示的接合部4的品质稳定。预成型软钎料3为图3的(a)的形状的情况下，理想的是预成型软钎料3的外径与扩管部2a的外径大致相同。该情况下，熔融软钎料不会溢出到扩管部2a的外周。
另外，预成型软钎料3可以如图3的(b)所示那样为环形状。仅将焊丝切断为规定的长度后形成为环状即可，加工容易，也能够降低成本。环形状的情况下，为了获得软钎料量，可以在维持内径不变的状态下增大外径。或者可以使用将焊丝以3周以下的卷绕数卷绕成螺旋状而成者。卷绕焊丝的情况下，根据第一配管1与第二配管2的接触面积，将卷绕数适宜调整为2.5周、2周等。使用环形状的预成型软钎料3的情况下，理想的是根据预成型软钎料3的截面的直径，使用如图2所示施加了扩口加工部2d的第二配管2。
另外，对于预成型软钎料3的内径，理想的是与第一配管1的外径大致相同。本发明中，理想的是，对预成型软钎料3进行加热时，利用软钎料的自重，使熔融软钎料流入扩管部2a与第一配管1的间隙。因此，如图1的(d)～图1的(f)所示，理想的是在配管的接合时从第二配管2的上方将第一配管1嵌入至扩管部2a。因此，若预成型软钎料3的内径与第一配管1的外径大致相同，则在将预成型软钎料3嵌合于第一配管1时，通过预成型软钎料3与第一配管1的摩擦而使预成型软钎料3被固定在第一配管1的规定的位置。其结果，将第一配管1嵌入至第二配管2时，预成型软钎料3不会滑落，能够使操作容易。
理想的是预成型软钎料3为包芯软钎料。不为包芯软钎料时，在第一配管1的端部涂布焊剂即可。另外，仅利用预成型软钎料3时软钎料量不充分的情况下，可以在第一配管1的端部覆盖有预备软钎料。
(3)将嵌合有预成型软钎料的第一配管嵌入至第二配管的扩管部、并且使预成型软钎料与扩管部的端面抵接的工序
如图1的(d)所示，将在端部嵌合有预成型软钎料3的第一配管1嵌入至扩管部2a时，首先，预成型软钎料3与扩管部2a的端面2b抵接。进而将第一配管1嵌入至扩管部2a时，在预成型软钎料3与扩管部2a抵接的状态下仅第一配管1被嵌入至扩管部2a内。其结果，如图1的(e)所示，第一配管1的端部与扩管部2a的缩径部2c抵接。
如前述那样预成型软钎料3的内径与第一配管1的外径大致相同的情况下，在图1的(d)的状态下，预成型软钎料3通过预成型软钎料3与第一配管1的摩擦而被固定，不会从第一配管1落下。该情况下，预成型软钎料3与扩管部2a的端面2b抵接后，边使预成型软钎料3在第一配管1的外周面滑动边将第一配管1嵌入至扩管部2a。
对于本发明的配管的接合方法，如图1的(e)所示，需要在第一配管1的嵌入完成时预成型软钎料3与扩管部2a的端面2b抵接。未抵接的情况下，熔融软钎料有时不流入扩管部2a与第一配管1的间隙，有时产生接合不良。本发明中，嵌合于第一配管1的预成型软钎料3的位置可以为第一配管1的端部，在第一配管1与扩管部2a的缩径部2c抵接的情况下，可以为预成型软钎料3与扩管部2a的端面2b抵接那样的位置。
(4)对预成型软钎料进行加热。
当对预成型软钎料3进行加热时，软钎料流入扩管部2a与第一配管1的间隙，第一配管1与第二配管2如图1的(f)所示那样接合，形成接合部4。
预成型软钎料3的加热通过加热配管来进行。配管的加热可列举出利用近红外线灯(NIR)的加热、基于高频感应方式的加热，理想的是基于高频感应方式的加热。
对于高频感应加热方式，能够对与高频感应加热装置的线圈对应的部分进行局部加热，因此适于配管的接合。软钎料的熔点最大不过为300～450℃左右，因此能够使高频感应加热装置的电源为小型的尺寸，不损害操作性。对于加热温度，根据液相线温度为300～450℃左右为宜，因此不必在高频感应加热装置的线圈上设置大规模的冷却机构。
加热时间没有特别限制，只要预成型软钎料3熔融即可，1～10分钟左右为宜。由此，能够实现由短时间加热带来的成本降低。对于加热气氛，从操作性的观点出发，理想的是在大气中进行。对于加热温度，根据软钎料的组成进行适宜调整即可，250～450℃左右为宜。对于加热温度的控制，例如，可以使用红外线温度计，边调整近红外线灯、高频感应加热装置的输出功率边进行控制。
实施例
为了证明本发明的效果，通过下述合金组成确认了效果。本实施例中，为了观察接合界面，将软钎料合金与板接合而非与配管接合。详细如下。
将具有表1所示的合金组成的软钎料合金成型为5mm×5mm×1mmt的预成型软钎料并载置于Fe板(机械结构用碳钢S50C)，在大气中在450℃下加热3分钟，形成钎焊接头。
对于“IMC生长抑制”的评价，在加热后用SEM以3000倍对截面进行拍摄，测定特定的5点的IMC层厚度，将5点的平均IMC层厚度为4μm以下者记为合格“○”。将平均IMC层厚超过4μm者记为不合格“×”。
对于“液相线温度”的评价，使用SII NanoTechnology Inc.制、型号：EXSTARDSC7020，在样品量：约30mg、升温速度：15℃/分钟下进行DSC测定，将液相线温度为450℃以下者记为合格“○”。将液相线温度超过450℃者记为不合格“×”。
将IMC生长抑制评价和液相线温度评价都合格的例子在综合评价中记为合格。
将评价的结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0002033774610000151
如表1所示，对于实施例1～19，任一合金组成均满足本发明的全部要件，因此，能够将接合时的加热温度设定为450℃以下，接合时的IMC层的生长得以抑制。另外，固相线温度与组成无关、是恒定的，因此在液相与固相这2相共存区域的加热温度区域，固相量和液相量的控制变容易，能够形成更牢固的接合部。因此可知，使用实施例1～19的软钎料合金进行了接合的配管接合部表现出高的可靠性，即使在用于冷却装置用的配管接合的情况下，也能耐受长期的使用。另外，对于实施例1～19，对Cu板也得到了同样的结果。
与此相对可知，比较例1的Ni含量多，液相线温度超过了450℃，因此低温接合困难。对于比较例2，由于不含有Ni及Co，因此IMC层生长，可以认为未显示出接合部的可靠性。对于比较例3，由于不含有Co，因此IMC层生长，可以认为未显示出接合部的可靠性。利用图4及图5进一步对表1的结果进行详细叙述。
图4为使用比较例3和实施例5，在450℃-3分钟(在450℃下保持3分钟)的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面SEM照片，图4的(a)为示出任意抽取2处使用了比较例3的接合面、对形成于各个截面的IMC层的膜厚分别进行5点测定而得到的结果的SEM照片，图4的(b)为示出任意抽取2处使用了实施例5的接合面、对形成于各个截面的IMC层的膜厚分别进行5点测定而得到的结果的SEM照片。
如图4的(a)所示，使用了比较例3的接合面的平均IMC层厚为4.88μm，如图4的(b)所示，使用了实施例5的接合面的平均IMC层厚为2.84μm。因此可知，对于不含有Co的比较例3，与实施例5相比，IMC层厚度为1.7倍。推测这是因为，由于比较例3不含有Co，因此未生成Co的晶核，IMC层变厚。需要说明的是，其他实施例及比较例中也分别得到了与实施例5及比较例3同样的结果。
图5为使用比较例3和实施例5在450℃-3分钟、450℃-10分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面SEM照片，图5的(a)为示出使用比较例3在450℃-3分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片，图5的(b)为示出使用实施例5在450℃-3分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片，图5的(c)为示出使用比较例3在450℃-10分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片，图5的(d)为示出使用实施例5在450℃-10分钟的加热条件下与Fe板接合的接合面的截面的SEM照片。上述记载中，“450℃-3分钟”表示在大气中在450℃下保持3分钟，“450℃-10分钟”表示在大气中在450℃下保持10分钟。
比较图5的(a)和图5的(b)可知，实施例5与比较例3相比，IMC层薄、组织也微细。另外，根据图5的(c)和图5的(d)明确可知，即使在接合时的加热时间长为3倍左右的情况下，实施例5中的IMC层的生长也得以抑制，也可维持微细的组织。需要说明的是，其他实施例及比较例中也分别得到了与实施例5及比较例3同样的结果。
根据以上，本发明的软钎料合金适于Cu管与Cu管的低温接合及Cu管与Fe管的低温接合，特别适合用于近年的搭载于白色家电中的冷却装置的配管接合用途。
附图标记说明
1第一配管、2第二配管、2a扩管部、2b扩管部的端面、2c扩管部的缩径部、2d扩口加工部、3预成型软钎料、3a预成型软钎料的端面、4接合部

Claims (10)

1.一种Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其特征在于，具有以质量％计由Sb：5.0～15.0％、Cu：0.5～8.0％、Ni：0.025～0.7％、Co：0.025～0.3％、余量Sn组成的合金组成，
所述合金组成满足下述(1)式，
0.07≤Co/Ni≤6(1)
(1)式中，“Co”、“Ni”分别表示Co、Ni的以质量％计的含量，所述合金组成不包括以质量％计由Sb：7.0％、Cu：1.0％、Ni：0.05％、Co：0.05％、余量Sn组成的合金组成。
2.根据权利要求1所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，所述合金组成以质量％计含有Sb：5.0～9.0％。
3.根据权利要求1所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，所述合金组成以质量％计含有Cu：0.5～3.0％。
4.根据权利要求2所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，所述合金组成以质量％计含有Cu：0.5～3.0％。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其中，所述合金组成以质量％计含有Ni：0.025～0.1％。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其液相线温度为450℃以下。
7.根据权利要求5所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金，其液相线温度为450℃以下。
8.一种预成型软钎料，其具有权利要求1～7中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金。
9.一种包芯软钎料，其具有权利要求1～7中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金。
10.一种钎焊接头，其具有权利要求1～7中任一项所述的Cu管和/或Fe管接合用软钎料合金。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4411792A1 (en) 2021-09-30 2024-08-07 Tamura Corporation Bonding material and semiconductor package
EP4212278A4 (en) * 2021-11-30 2023-09-06 Tamura Corporation SOLDER ALLOY, SOLDER JOINT, SOLDER PASTE, AND SEMICONDUCTOR PACKAGE
JP7079889B1 (ja) * 2021-11-30 2022-06-02 株式会社タムラ製作所 はんだ合金、はんだ接合材、ソルダペースト及び半導体パッケージ
JP7133739B1 (ja) 2021-11-30 2022-09-08 株式会社タムラ製作所 接合部、電子回路基板及び半導体パッケージ

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758407A (en) * 1987-06-29 1988-07-19 J.W. Harris Company Pb-free, tin base solder composition
GB2419137A (en) * 2004-10-15 2006-04-19 Alpha Fry Ltd Solder alloy
GB2421030B (en) * 2004-12-01 2008-03-19 Alpha Fry Ltd Solder alloy
WO2006122240A2 (en) * 2005-05-11 2006-11-16 American Iron & Metal Company, Inc. Tin alloy solder compositions
WO2012127642A1 (ja) * 2011-03-23 2012-09-27 千住金属工業株式会社 鉛フリーはんだ合金
US9339893B2 (en) * 2011-04-15 2016-05-17 Nihon Superior Co., Ltd. Lead-free solder alloy
WO2014002304A1 (ja) * 2012-06-29 2014-01-03 ハリマ化成株式会社 はんだ合金、ソルダペーストおよび電子回路基板
JP6283317B2 (ja) * 2012-11-30 2018-02-21 株式会社日本スペリア社 低融点ろう材
WO2015125855A1 (ja) * 2014-02-24 2015-08-27 株式会社弘輝 鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体
JP6390700B2 (ja) * 2014-04-02 2018-09-19 千住金属工業株式会社 Ｌｅｄ用はんだ合金およびｌｅｄモジュール
WO2016052124A1 (ja) * 2014-10-01 2016-04-07 株式会社村田製作所 配管接合方法、継手および配管接合構造
US20160279741A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Tamura Corporation Lead-free solder alloy, electronic circuit board, and electronic control device
JP6047254B1 (ja) * 2016-03-22 2016-12-21 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置

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