CN1751368A - 电解电容器的接头端子 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种接头端子，即使在该接头端子中使用购自盘条制造商的具有无铅锡镀层的引线，也不会从焊接处长出锡须，同时具有良好的焊料润湿性。还提供该接头端子的制造方法。该电解电容器的接头端子包括：含表面具有锡金属层之芯材的引线；具有压扁部的铝芯线。铝芯线焊接在引线末端，引线和铝芯线之间的焊接处经金属须生长抑制处理。
Description
技术领域
本发明涉及用于电解电容器的接头端子(tab terminal)，特别涉及含无铅锡镀层的接头端子，及其制造方法。
背景技术
电解电容器是这样制造的：隔着隔板对含电子管作用(valveaction)金属如钽或铝的阳性电极箔和阴性电极箔进行缠绕形成电容元件，在电容元件中有液体电解质或固体电解质，将组件装在外壳中。通过常规方法如自动点焊或超声波焊接将用于连接相应电极与外部的接头端子分别连接在阳性电极箔和阴性电极箔上。
接头端子包括三个部分，即扁平部分、圆杆部分和引线部分。扁平部分是与电极箔连接的部分。圆杆部分是插入到被外壳密封的密封体中的部分。引线部分是安装在电路板的引出部分，在引线部分，用柔性引线以确保安装时的操作性。
包括上述三个部分的接头端子一般通过将两部件彼此焊接来制备。具体地，通过提供铝材料等的芯线，用芯线形成扁平部分和圆杆部分，将引线焊接在圆杆部分来制备接头端子。用焊料将电解电容器安装在电路板上。因此，为了改善可焊性，使用含铅锡镀层。
近年来，出于环境的考虑，开始使用无铅化焊料使电子元件的电极端无铅或连接电子元件。在作为电子构件使用的引线中，开始用不使用铅的锡镀层，即所谓的“无铅锡镀层”，来替代传统的含铅锡镀层。使用上述具有无铅锡镀层的引线会遇到这样的问题：在铝圆杆部分和引线部分之间的焊接处产生锡须(tin whisker)。由于锡须随时间而生长，即使在制造完接头端子后立即去除锡须，在去除后锡须仍会逐渐生长。因此，将电解电容器安装在电路板上后，阳极侧引线产生的金属须(whiskers)与阴极侧引线产生的金属须连接，或引线部分产生的金属须到达电路板表面，导致担心增加电解电容器的漏电和引起短路。
考虑到这些问题，为了抑制从焊接处产生锡须，日本专利公开12386/2000号公开了具有含0.5-10.0重量％金属如铋的锡金属层的引线。在锡中引入金属如铋可以抑制金属须的产生。
为了使引线表面具有含铋的锡金属层，应该提供含预定量铋的锡合金。因此，在制造接头端子时不能直接使用购自盘条制造商等的无铅镀锡引线，需要另外进行电镀的步骤。如果购自盘条制造商等的引线可以直接用来制造接头端子，就可以避免制造过程的复杂化和生产成本的增高。
虽然产生金属须的位置局限于铝芯线和引线之间的焊接处，但在整个引线上提供了铋/锡合金镀层。因此在不产生金属须的部位进行电镀处理是没有用处的，并且会导致成本的增加。
此外，由于加入锡中的铋含量增加，不利地改变了电镀性如焊料润湿性。
发明内容
本发明的发明人发现在镀锡引线表面形成氧化锡可以抑制金属须的产生，而不会影响焊料润湿性。本发明基于该发现完成。
因此，本发明的目的是提供一种接头端子，即使在该接头端子中使用购自盘条制造商并且具有无铅锡镀层的引线，也不会在焊接处产生锡须，同时还具有良好的焊料润湿性，还提供该接头端子的制造方法。
本发明的一个方面提供了一种用于电解电容器的接头端子，其包括含表面具有锡金属层之芯材的引线；具有压扁部的铝芯线，所述铝芯线被焊接在引线的末端，引线和铝芯线之间的焊接处表面经金属须生长抑制处理。因此，对产生金属须的铝芯线和引线之间焊接处表面进行金属须生长抑制处理可以抑制锡须随时间的生长。
在本发明的一个优选实施方案中，金属须生长抑制处理是氧化锡形成处理。在焊接表面对锡进行氧化，将锡至少转化为SnO或SnO2，可以有效地抑制从焊接处产生金属须。
此外，优选对接头端子进行热处理来进行氧化锡形成处理。热处理温度优选在60-180℃范围内，特别优选在80-150℃范围内。在上述温度范围内氧气氛下对接头端子进行热处理，在锡镀层表面形成氧化锡，可以获得抑制了金属须产生而不影响焊料润湿性的接头端子。
氧化锡形成处理还可以通过溶剂处理来进行。当采用溶剂处理来形成氧化锡时，可以仅对接头端子需要进行金属须生长抑制处理的部分选择性地进行金属须生长抑制处理。
溶剂优选为含选自硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐和其混合物的无机酸盐的水溶液。更优选作为溶剂的水溶液进一步含有铵盐。经过使用上述水溶液进行溶剂处理，在锡表面可以形成氧化锡，其程度不会影响焊料润湿性并且可以获得抑制金属须生成的效果。
使用溶剂的金属须生长抑制处理也可以与上述热处理联合进行。联合进行热处理和溶剂处理可以提供更好的金属须生成抑制效果。
本发明的另一方面提供一种制造本发明电解电容器接头端子的方法，所述方法包括以下步骤：将具有压扁部的铝芯线与含表面具有锡金属层之芯材的引线末端焊接；在焊接后马上在焊接处涂覆和沉积溶剂。
本发明另一方面还提供一种制造本发明电解电容器接头端子的方法，所述方法包括以下步骤：将具有压扁部的铝芯线与含表面具有锡金属层之芯材的引线末端焊接形成接头端子；对焊接制备的接头端子进行热处理。
本发明的最佳实施方式
下面描述本发明一个实施方案的接头端子及其制造方法。
根据本发明的电解电容器接头端子包括：含表面具有锡金属层之芯材的引线；具有压扁部并被焊接在引线末端的铝芯线。引线和铝芯线之间的焊接处经金属须生长抑制处理。构成本发明接头端子的引线具有锡镀层。对于提供锡镀层的步骤，可以使用常规制造方法。此外，引线可以是可商业获得的无铅镀锡CP线(引入线)等。
对引线的厚度和长度没有特别限制，根据电解电容器所需的特性可以使用各种CP线。从导电性的角度考虑，CP线通常是铁芯/铜包皮型。
构成本发明接头端子的铝芯线可以是在传统接头端子中使用的铝芯线，并且可以购得。
在电解电容器中铝芯线是电极，其一端是被压扁的形状。压扁部分可以通过已知技术形成。例如，可以通过按压铝芯线和将压制产品切削成预定的形状来制造具有预定形状的压扁部分的铝芯线。也可以在按压的同时将压扁部切削成预定形状。
引线和铝芯线可以通过传统方法彼此连接形成接头端子的形状。例如，铝芯线和引线可以通过例如以下方法彼此连接：将铝芯线和引线的末端熔化，通过火花放电等将它们彼此连接。将这样获得的接头端子中的铝芯线和引线之间的焊接处进行金属须生长抑制处理可以获得本发明的接头端子。
本发明的发明人证实围绕接头端子焊接处产生的金属须含单一的锡金属物质，还发现可以通过预先将焊接处的锡转化为氧化锡来抑制金属须随时间的产生。具体地，本发明的发明人将注意力集中在金属须产生的原因上，并对接头端子的处理方法和金属须产生之间的关系进行了广泛而深入的研究，从而完成了本发明。
根据本发明人的发现，锡须含单一的锡金属，估计来源于引线表面的锡镀层，锡须仅在引线和铝芯线之间的焊接处产生，而不是整个引线都产生金属须。其原因被认为如下。具体地，在连接部，金属如铝、铜或锡固化，而焊接时产生的残余应力还没有被去除。与铝和铜不同，锡的熔点低(232℃)，在低温(几十摄氏度)下可以引起结晶变换。认为在残余应力(张力)还没有被去除的状态下，即使在室温也会继续发生锡的结晶变换，导致产生在焊接处出现的针状金属须。
由于在大约几个月内锡须的生长逐渐进行，应注意在接头端子制造完成后立即去除金属须不是根本的解决办法。即，根据本发明人的发现，应该抑制金属须生长本身。
在本发明中，为了抑制锡的晶体生长，去除了焊接处的残余应力，并将锡转化为氧化锡，从而抑制金属须的生成。意外地发现将焊接处的锡转化为氧化锡不会引起锡的结晶变换，并能有效抑制锡的晶体生长。
本发明中，在60-180℃的温度范围内，在氧气氛下对接头端子的焊接处进行热处理，在锡镀层表面形成氧化锡。热处理在接头端子制成后(铝芯线与引线焊接后)进行。虽然可以采用在焊接前仅对镀锡的引线进行热处理随后将经热处理的引线与铝芯线焊接的方法，但优选采用首先将镀锡引线与接头端子焊接随后热处理的方法。焊接后进行的金属须生长抑制处理可以实现焊接处表面锡的有效氧化。低于60℃进行的热处理在金属须生成抑制效果上不令人满意。虽然从锡氧化的角度考虑优选高温下进行热处理，但在高于180℃进行的热处理会造成锡的过度氧化，随后造成引线表面电镀的脱色，不利地劣化焊料润湿性。即，重要的是将焊接处表面周围金属锡的一部分在氧气氛下通过热处理转化为氧化锡(SnO或SnO2)。出于金属须生成抑制的目的，优选存在氧化锡。但全部金属锡氧化为氧化锡会不利地劣化焊料润湿性。在本发明的接头端子中，优选存在合适比例的金属锡和氧化锡。能够实现金属锡和氧化锡以合适比例存在的热处理温度特别优选在80-150℃范围内。热处理的时间优选在10-60分钟范围内，特别优选在15-30分钟范围内。与热处理温度相同，当热处理时间超过60分钟时，锡的氧化就会过度，这种过度的氧化会不利地影响焊料润湿性。
在本发明的电解电容器接头端子中，由于焊接处残留的未去除应力被热处理缓和，金属须的生成被更有效地抑制。热处理可以用传统方法进行，对其没有特别限制。
在本发明的另一个优选的实施方案中，金属须生长抑制处理也可以通过溶剂处理进行。通过溶剂处理可以仅在连接端子的焊接处形成氧化锡。
可以制备接头端子然后将无机酸水溶液涂覆在接头端子上或将接头端子浸入无机酸水溶液中形成氧化锡。但在本发明中溶剂处理优选如下进行：在制造接头端子的过程中将铝芯线与引线焊接，焊接后立即将无机酸水溶液涂覆和沉积在焊接处。这是因为，由于锡须在端子焊接后立即产生并逐渐生长，在金属须还没有生成时进行溶剂处理可以有效抑制金属须的产生。焊剂后立即进行指在焊接后几个毫秒到一秒的时间内进行。在本发明中，优选在焊接后500毫秒内涂覆溶剂，更优选300毫秒内。
在本发明的另一个优选实施方案中，在清洁接头端子的同时涂覆和浸渍接头端子。
在溶剂处理中，焊接的温度优选为80-250℃，更优选85-185℃。因此，当在相对高的焊接温度下涂覆溶剂时，可以促进氧化锡的形成，有效地抑制金属须的产生。上述温度可以通过在焊接后立即涂覆溶剂来实现。溶剂的温度优选为60-100℃。
在本发明处理方法中使用的溶剂优选为含选自硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐的无机盐的水溶液，优选该水溶液进一步含有铵盐。例如，含上述无机盐和铵盐的复盐化合物的水溶液是适宜的。具体地，例如可以是氟硅酸铵水溶液。但溶剂不仅限于此。
当使用上述处理溶剂时，可以将锡氧化至不损害焊料润湿性的程度。如上所述，在本发明的接头端子中，从抑制金属须产生的角度优选在焊接处形成氧化锡。全部金属锡都被氧化成氧化锡会不利地劣化焊料润湿性。因此，金属须和氧化锡的比例应适宜。可以用含无机盐和铵盐的水溶液来氧化金属锡从而使金属锡和氧化锡之间的比例适宜。水溶液的浓度优选为1-10重量％。
实施例
镀100％锡的铁/铜形成的导入线(CP线)作为引线，铝芯线被切削成预定长度。切削的引线和铝芯线通过电弧放电被焊接在一起，然后按压铝芯线形成压扁部，制备接头端子1。用石蜡溶液对接头端子1清除油渍和清洁，在80℃下用热空气干燥12分钟。
清除油渍的接头端子1在热电恒湿器(thermohygrostat)(PVH-110，TABAI ESPEC CORP.制造)中在表1所列温度下干燥20分钟(实施例1至4，和比较实施例1)。还提供了未经热处理的样本(比较实施例2)。
然后，为了观察经热处理的样本(实施例)和未经热处理样本(比较实施例)中金属须的产生，在60℃×90％RH的条件下对这些样本进行加速试验250小时。加速试验后，在光学显微镜下放大30倍观察每个样本焊接处产生的金属须，测量接头端子焊接处产生的金属须的长度。
此外，对于加速试验前的样本，为了检查焊料润湿性，通过JIS C0053中说明的焊接试验方法(平衡法)测量零交叉时间(ZCT值)。测量结果见表1。
表1
| 热处理温度，℃ | 金属须长度，mm | ZCT值，秒 | 焊料润湿性 | |
| 样本1(实施例1) | 110 | 0.16 | 2.35 | ○ |
| 样本2(实施例2) | 130 | 0.17 | 2.30 | ○ |
| 样本3(实施例3) | 180 | 0.16 | 2.85 | ○ |
| 样本4(比较实施例1) | 200 | 0.15 | 2.99 | × |
| 样本5(比较实施例2) | 未处理 | 0.23 | 2.50 | ○ |
然后，对上述接头端子进行溶剂处理：将接头端子1浸入120℃的1.0wt％硅酸钠水溶液中2分钟制备样本6。在60℃×90％RH的条件下对这样获得的样本进行加速试验250小时。加速试验后，用与上述相同的方法测量接头端子焊接处产生的金属须的长度。此外，用与上述相同的方法测量经溶剂处理的样本的焊料润湿性。测量结果见表2。
引线和铝芯线通过电弧放电焊接后300ms内，在焊接处涂覆和沉积5wt％氟硅酸铵水溶液。然后，用与上述相同的方法扁平按压铝芯线部分制备接头端子2(样本7)。用石蜡溶液对这样获得的接头端子2清除油渍和清洁，在80℃下用热空气干燥12分钟。
对于上述制备的样本6和7，用与上述相同的方法进行加速试验，测量金属须的长度和焊料润湿性。结果见表2。
表2
| 处理溶剂 | 金属须长度，毫米 | ZCT值，秒 | 焊料润湿性 | |
| 样本6(实施例4) | 硅酸钠 | 0.15 | 2.40 | ○ |
| 样本7(实施例5) | 氟硅酸铵 | 0.086 | 2.35 | ○ |
| 样本5(比较实施例2) | 不用 | 0.23 | 2.50 | ○ |
Claims (22)
1.一种电解电容器的接头端子，包括含表面具有锡金属层之芯材的引线；具有压扁部的铝芯线，所述铝芯线被焊接在引线的末端，引线和铝芯线之间的焊接处经金属须生长抑制处理。
2.根据权利要求1的接头端子，其中所述金属须成长抑制处理是氧化锡形成处理。
3.根据权利要求2的接头端子，其中经氧化锡形成处理，引线和铝芯线之间的焊接处至少含SnO或SnO2。
4.根据权利要求1至3任一项的接头端子，其中通过热处理接头端子进行氧化锡形成处理。
5.根据权利要求4的接头端子，其中所述热处理是在60-180℃温度范围内氧气氛下进行。
6.根据权利要求4的接头端子，其中所述热处理是在80-150℃温度范围内氧气氛下进行。
7.根据权利要求1至3的接头端子，其中通过溶剂处理进行氧化锡形成处理。
8.根据权利要求7的接头端子，其中所述溶剂处理在铝芯线与引线末端焊接后马上进行。
9.根据权利要求7的接头端子，其中所述溶剂是含有选自硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐和其混合物的无机酸盐的水溶液。
10.根据权利要求9的接头端子，其中所述作为溶剂的水溶液进一步含有铵盐。
11.根据权利要求9或10的接头端子，其中水溶液的浓度是1-10重量％。
12.一种制造根据权利要求1至11任一项的接头端子的方法，所述方法包括以下步骤：
将具有压扁部的铝芯线与含表面具有锡金属层之芯材的引线末端焊接，形成接头端子；和热处理焊接制备的接头端子。
13.根据权利要求12的方法，其中所述热处理是在60-180℃温度范围内氧气氛下进行。
14.根据权利要求12的方法，其中所述热处理是在80-150℃温度范围内氧气氛下进行。
15.一种制造根据权利要求1至11任一项的接头端子的方法，所述方法包括以下步骤：
将具有压扁部的铝芯线与含表面具有锡金属层之芯材的引线末端焊接；和
在焊接处涂覆和沉积溶剂。
16.根据权利要求15的方法，其中涂覆和沉积溶剂的步骤在焊接后马上进行。
17.根据权利要求16的方法，其中在清洁接头端子时进一步涂覆和沉积溶剂。
18.根据权利要求15至17任一项的方法，其中所述溶剂是含有选自硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐和其混合物的无机酸盐的水溶液。
19.根据权利要求18的方法，其中所述作为溶剂的水溶液进一步含有铵盐。
20.根据权利要求18或19的方法，其中水溶液的浓度是0.5-10重量％。
21.根据权利要求15至20任一项的方法，其中在对焊接处涂覆溶剂时，焊接处的温度是80-250℃。
22.根据权利要求15至21任一项的方法，其中溶剂的温度是60-100℃。
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