CN116174992A - 防Fe腐蚀用软钎料合金、包芯软钎料、焊丝、包芯焊丝、覆助焊剂软钎料和钎焊接头 - Google Patents
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Abstract
提供：为了烙铁头的长寿命化、抑制烙铁头腐蚀、且抑制碳化物对烙铁头的附着的防Fe腐蚀用软钎料合金、包芯软钎料、焊丝、包芯焊丝、覆助焊剂软钎料和钎焊接头。其作为用于抑制碳化物对烙铁头的附着的防Fe腐蚀用而使用：以质量％计具有Ag：2.3～4.0％、Cu：0.1～1.0％、Co：0.02～0.035％、Ni：0.025％以上且低于0.1％、Fe：高于0.010％且0.013％以下、余量为Sn的合金组成。
Description
本申请是申请日为2017年8月17日，申请号为201780037357.9，发明名称为“防Fe腐蚀用软钎料合金、包芯软钎料、焊丝、包芯焊丝、覆助焊剂软钎料和钎焊接头”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及能抑制烙铁头腐蚀和助焊剂的碳化的防Fe腐蚀用软钎料合金、包芯软钎料、焊丝、包芯焊丝、覆助焊剂软钎料和钎焊接头。
背景技术
印刷基板等的端子的连接中主要使用有Sn-Ag-Cu系无铅软钎料合金。Sn-Ag-Cu系无铅软钎料合金用于流焊、回流焊、使用钎焊烙铁的软钎焊等各种工艺。
作为使用钎焊烙铁的软钎焊，列举了手工焊接那样的手工作业的软钎焊。近年来，使用钎焊烙铁的软钎焊的自动化推进，软钎焊由Coter机器人自动进行。
钎焊烙铁由放热体和烙铁头构成，将放热体的热传导至烙铁头，从而将烙铁头加热。为了放热体的热有效地向烙铁头传导，烙铁头的芯材使用具有良好的热传导性的Cu。然而，如果软钎料直接与Cu接触，则由于软钎料合金中的Sn而会使Cu腐蚀，烙铁头形状发生变形，变得难以作为钎焊烙铁使用。因此，为了抑制Sn所导致的烙铁头腐蚀，对烙铁头实施了基于镀Fe和镀Fe合金的覆盖。
如此，从延长烙铁头的寿命的观点出发，对烙铁头实施了基于镀Fe和镀Fe合金的覆盖，但随着由于软钎焊的自动化而软钎焊的次数增加，烙铁头表面的覆盖中产生腐蚀。发生Fe和Fe合金的腐蚀的原因是由于，软钎料合金中的Sn与Fe通过相互扩散而合金化，其容易溶解于熔融软钎料中的Sn。因此，钎焊烙铁方面的应对存在限度，研究了可抑制Fe腐蚀的发生的软钎料合金。
专利文献1中提出了，在Sn-Ag-Cu系软钎料合金中添加0.1质量％以上的Co而得到的合金。在软钎料合金中添加Fe时，其含量即使为微量也会形成Sn-Fe合金，因此，专利文献1中记载的发明通过添加0.1质量％以上的属于与Fe相同的第8族的Co，从而可以抑制Fe向软钎料合金中的扩散、防止Fe腐蚀。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4577888号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上述，专利文献1中记载的软钎料合金含有0.1质量％以上的Co，因此，Co在软钎料合金中分散，抑制Fe向软钎料合金中的扩散，因此，可以延长烙铁头的寿命。
然而，随着烙铁头的寿命延长，已知产生新的问题。Co虽然抑制Fe腐蚀，但是还具有容易与碳反应的性质。因此，如果进行数千次的软钎焊，则碳化物附着于烙铁头的问题逐渐凸显。
另外，对于使用钎焊烙铁的软钎焊，破坏端子表面的氧化膜而使软钎料容易湿润，因此，通常使用有以松香为基材的助焊剂，软钎焊时，松香与软钎料一起被加热。此时，软钎料合金中的Co与松香的碳和氧发生反应而生成大量的碳化物，从而使碳化物附着于烙铁头。碳化物由于其与Co的化学反应而附着于烙铁头，因此，即使进行空气清洁也难以从烙铁头去除。因此，随着使用频率增加，碳化物的附着面积增加，最终会变得难以进行软钎焊。
本发明的课题在于，提供：为了烙铁头的长寿命化、抑制烙铁头腐蚀、且抑制碳化物对烙铁头的附着的防Fe腐蚀用软钎料合金、包芯软钎料、焊丝、包芯焊丝、覆助焊剂软钎料和钎焊接头。
用于解决问题的方案
本发明人等发现：专利文献1中记载的合金组成中，通过降低Co含量，碳化物附着于烙铁头的量降低，但随着Co含量的降低，Fe腐蚀开始缓慢发生。因此，本发明人等发现：为了实现防止烙铁头的Fe腐蚀与抑制碳化物对烙铁头的附着的兼顾，降低了Co含量的合金组成中，为了抑制Fe腐蚀而进行了研究。
为了降低Co含量的同时抑制Fe腐蚀，考虑添加同族的过渡金属即Ni。Ni形成与Sn的化合物，因此，软钎料合金的熔点会上升，但如果以弥补Co含量的降低的程度微量添加Ni，则Ni的大量添加所导致的上述问题不易发生。但是，仅凭微量添加Ni，无法发挥充分的Fe腐蚀抑制效果。
因此，本发明人等得到如下见解：为了形成与Sn的化合物而在Sn中基本不固溶，微量添加以往避免添加的Fe，结果偶然地，抑制Fe腐蚀、且还抑制碳化物对烙铁头的附着。
另外，通过上述研究，还得到如下见解：在大量添加Co的基础上，大量添加Fe，从而也与Co同样地，跟松香的碳和氧发生反应，生成大量的碳化物，因此，碳化得到促进。
在此基础上，得到如下见解：如果增加上述合金组成中的Ag含量，则软钎料合金的湿润性飞跃性地提高。
根据这些见解得到的本发明如下所述。
(1)一种防Fe腐蚀用软钎料合金，其用于抑制碳化物对烙铁头的附着，其特征在于，以质量％计具有Ag：0.2～4.0％、Cu：0.1～1.0％、Co：0.01～0.04％、Ni：0.025～0.1％、Fe：0.007～0.015％、余量为Sn的合金组成。
(2)根据上述(1)所述的防Fe腐蚀用软钎料合金，其中，含有Ag：2.3～4％。
(3)一种包芯软钎料，其具有上述(1)或上述(2)所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
(4)一种焊丝，其具有上述(1)或上述(2)所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
(5)一种包芯焊丝，其具有上述(1)或上述(2)所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
(6)一种上述(1)～上述(5)中任一项所述的覆助焊剂软钎料，其是用助焊剂覆盖软钎料的表面而得到的。
(7)一种钎焊接头，其具有上述(1)或上述(2)所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
具体实施方式
以下对本发明更详细地进行说明。本说明书中，涉及软钎料合金组成的“％”只要没有特别指定就是“质量％”。
1.合金组成
(1)Ag：0.2～4.0％以下
Ag是能提高软钎料合金的湿润性的元素。含有0.2％以上的Ag时，湿润性显著提高。另外，Ag含量为0.2％以上时，在上述效果的基础上，使软钎料合金的熔融温度降低，因此，可以降低钎焊烙铁的设定温度，此外，还可以抑制Fe腐蚀的发生。Ag含量的下限优选1.0％以上、特别优选2.3％以上。另一方面，Ag含量超过4.0％时，SnAg的粗大化合物结晶，进行软钎焊作业时，成为锡桥等缺陷的原因。Ag含量的上限为4.0％以下、优选3.5％以下。
(2)Cu：0.1～1.0％
Cu是在电极的材质为Cu时能抑制电极的腐蚀的元素。Cu为了发挥上述效果，Cu含量的下限为0.1％以上、优选0.3％以上、更优选0.5％以上。另一方面，Cu含量超过1.0％时，在软钎焊的作业温度(240℃～450℃)的温度区域中无法设定钎焊烙铁温度，会造成进行软钎焊的电子部件的热损伤。Cu含量的上限为1.0％以下、优选0.7％以下。
(3)Co：0.01～0.04％以下
Co是用于抑制Fe腐蚀的元素。Co为了发挥上述效果，Co含量的下限为0.01％以上、优选0.020％以上、更优选0.025％以上。另一方面，Co含量超过0.04％时，与松香的碳和氧发生反应，生成大量的碳化物，因此，会促进碳化。Co含量的上限为0.04％以下、优选0.035％以下。
(4)Ni：0.025～0.1％以下
Ni是能抑制对Fe的腐蚀的元素。另外，Ni在上述效果的基础上，能改善软钎料合金的耐疲劳性。为了充分发挥这些效果，Ni含量的下限为0.025％以上、优选0.035％。另外，Ni含量超过0.1％时，形成与Sn的化合物，软钎料合金的熔点上升，在软钎焊的作业温度(240℃～450℃)的温度区域无法设定钎焊烙铁温度，会造成进行软钎焊的电子部件的热损伤。Ni含量的上限为0.1％以下、优选0.7％以下、更优选0.5％以下。
(5)Fe：0.007～0.015％
Fe是为了抑制Fe对软钎料合金中的溶出、防止覆盖钎焊烙铁的烙铁头的Fe合金的腐蚀而有效的元素。Fe含量低于0.007％时，无法充分发挥这些效果。Fe含量的下限为0.007％以上、优选0.009％以上、更优选0.010％以上。另一方面，Fe含量超过0.015％时，促进碳化的发生，在烙铁头上大量附着碳化物。另外，软钎料合金的熔融温度过度变高，必须提高钎焊烙铁的设定温度，从进行软钎焊的电子部件的耐热温度等观点出发，不优选。Fe含量的上限为0.015％以下、优选0.013％以下、更优选0.011％以下。
(6)余量：Sn
本发明的软钎料合金的余量为Sn。除前述元素之外，可以含有不可避免的杂质。含有不可避免的杂质的情况下，也不会影响前述效果。另外，如后述，本发明中不含有的元素以不可避免的杂质的形式含有，也不会影响前述效果。
2.软钎料合金的熔融温度
本发明的软钎料合金期望熔融温度为350℃以下。这是由于利用钎焊烙铁的软钎焊时，烙铁头温度通常加热至350～450℃。
3.包芯软钎料、焊丝、包芯焊丝、覆助焊剂软钎料
本发明的软钎料合金适合用于预先在软钎料中具有助焊剂的包芯软钎料。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，也可以用于助焊剂密封于焊丝的包芯焊丝。进而，可以在各软钎料的表面覆盖助焊剂。此外，可以在软钎料中不具有助焊剂的软钎料的表面覆盖助焊剂。
软钎料中的助焊剂含量例如为1～10质量％，助焊剂中的松香含量为70～95％。一般而言，松香为有机化合物、且含有碳、氧，因此，本发明中不限定于末端的官能团等。
4.钎焊接头
另外，本发明中的“钎焊接头”是指，电极的连接部，由本发明的软钎料合金形成连接部。另外，作为电极的材质，可以举出Cu、Ni、Al，也可以为对Cu电极实施了镀Ni/Au的电极。
实施例
制作表1所示的软钎料合金。确认了这些软钎料合金的熔融温度均为350℃以下。使用该软钎料合金形成包芯软钎料，对于Fe腐蚀和碳化进行评价。将评价的结果示于表1。
＜Fe腐蚀＞
使用自动软钎焊装置(JAPAN UNIX(注册商标)公司制、UNIX(注册商标)-413S)，烙铁头的温度设为380℃，软钎料输送速度设为10mm/秒，软钎料输送量以1个喷射计设为15mm，在大气中进行软钎焊，边每10个喷射对烙铁头进行1次空气清洁，边评价烙铁头的Fe腐蚀。使用的烙铁如下：JAPAN UNIX(注册商标)公司制的型号为P2D-R，对作为烙铁的芯的Cu的表面实施膜厚为500μm的镀Fe。另外，包芯软钎料使用软钎料中的助焊剂含量为3质量％、助焊剂中的松香含量为90％的材料。
Fe腐蚀的评价方法如下：在25000个喷射时，将烙铁头的Fe镀层上开孔而露出芯材的Cu的状态记作“×”、未开孔的状态记作“○”。
＜碳化＞
使用自动软钎焊装置(JAPAN UNIX(注册商标)公司制、UNIX(注册商标)-413S)，将烙铁头的温度设为380℃、软钎料输送速度设为10mm/秒，软钎料输送量以1个喷射计设为15mm进行软钎焊，边每10个喷射进行1次空气清洁，边评价烙铁头的碳化。所使用的包芯软钎料为在Fe腐蚀的评价中使用的包芯软钎料。
碳化的评价方法如下：5000个喷射时，将碳化物未附着于烙铁头的镀Fe部分的状态记作“○○”。3000个喷射时，将碳化物未附着于烙铁头的镀Fe部分的状态记作“○”。3000个喷射时，将碳化物附着于烙铁头的镀Fe部分的状态记作“×”。碳化物附着于烙铁头的镀Fe部分时，与软钎料的接触面积变小，软钎焊性变差。
＜零交叉时间＞
通过基于弧面状沾锡(meniscograph)的软钎料湿润性试验方法，分别测定零交叉时间。试验条件基于JIS Z3197。
温度：熔点+35±3℃
助焊剂：千住金属工业株式会社制RMA02
浸渍深度：2mm、浸渍速度：20mm/秒
浸渍时间：10秒
供给材料的外形尺寸：30×10×0.3mm
材质：Cu
将低于1.0秒记作“○○”、1.0秒以上且低于1.3秒记作“○”、1.3秒以上记作“×”。
[表1]
如表1所示那样，实施例1～23中，烙铁头腐蚀的评价均为○、Fe腐蚀的评价均为○、碳化的评价均为○○或○，零交叉时间评价也均为○○或○。特别是，Ag含量为2.3％以上的实施例1～13中，体现良好的湿润性。
另一方面，比较例1和比较例3中，Co含量多，因此，碳化为×。因此，未进行Fe腐蚀的评价。
比较例2和比较例4中，不含有Ni和Fe，因此，Fe腐蚀为×。
比较例5中，不含有Ag，因此，湿润性为×。
比较例6中，Fe含量多，因此，碳化为×。
本发明的软钎料合金特别适合于利用钎焊烙铁进行软钎焊数千次以上的情况。进行利用Coter机器人的软钎焊时，软钎焊次数立即达到数千次，因此，能抑制钎焊烙铁的寿命延长而产生的松香的碳化。
比较例7中，Fe含量多，因此，碳化为×。
比较例8中，Co含量多，因此，碳化为×。
比较例9中，不含有Fe，因此，Fe腐蚀为×。
Claims (6)
1.一种防Fe腐蚀用软钎料合金，其用于抑制碳化物对烙铁头的附着，其特征在于，以质量％计具有Ag：2.3～4.0％、Cu：0.1～1.0％、Co：0.02～0.035％、Ni：0.025％以上且低于0.1％、Fe：高于0.010％且0.013％以下、余量为Sn的合金组成。
2.一种包芯软钎料，其具有权利要求1所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
3.一种焊丝，其具有权利要求1所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
4.一种包芯焊丝，其具有权利要求1所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
5.一种权利要求1～4中任一项所述的覆助焊剂软钎料，其是用助焊剂覆盖软钎料的表面而得到的。
6.一种钎焊接头，其具有权利要求1所述的防Fe腐蚀用软钎料合金。
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