RU2410222C2 - Пополняемый бессвинцовый припой и способ регулирования концентрации меди и никеля в ванне для пайки - Google Patents
Пополняемый бессвинцовый припой и способ регулирования концентрации меди и никеля в ванне для пайки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410222C2 RU2410222C2 RU2007148249/02A RU2007148249A RU2410222C2 RU 2410222 C2 RU2410222 C2 RU 2410222C2 RU 2007148249/02 A RU2007148249/02 A RU 2007148249/02A RU 2007148249 A RU2007148249 A RU 2007148249A RU 2410222 C2 RU2410222 C2 RU 2410222C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentration
- bath
- solder
- lead
- inclusive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/08—Soldering by means of dipping in molten solder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
- B23K1/0016—Brazing of electronic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C13/00—Alloys based on tin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
- B23K2101/42—Printed circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3463—Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3468—Applying molten solder
Abstract
Изобретения могут быть использованы для регулирования концентрации Cu и Ni в ванне для пайки, резко меняющейся в зависимости от особенностей следующего за пайкой процесса. В ванну для пайки погружением помещают деталь, представляющую собой печатную плату с покрытием из медной пленки или медный проволочный вывод, или медный ленточный вывод, которую после процесса пайки подвергают обработке с использованием воздушного ножа или штампа. До того как концентрация Cu в ванне с припоем превысит контрольное значение, а концентрация Ni снизится относительно контрольного значения, в ванну подают пополняющий бессвинцовый припой, состоящий в основном из Sn и содержащий по меньшей мере Ni в количестве от 0,01 мас.% до 0,5 мас.%. После загрузки бессвинцового припоя с данным составом концентрация припоя в ванне для пайки, которая резко изменилась в результате последующей обработки, быстро возвращается в необходимый интервал, что позволяет осуществлять пайку без замены припоя. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к бессвинцовому припою, которые пополняют с целью регулирования концентрации меди (Сu) и никеля (Ni) в ванне для пайки погружением при быстром изменении их концентраций под влиянием конкретных условий последующего процесса, а также к способу регулирования концентрации Сu и Ni в указанной ванне при конкретных условиях.
Предпосылки создания изобретения
Известен квазиэвтектический оловянно-свинцовый (Sn-Pb) припой, который имеет широкое применение благодаря низкой точке плавления и надежности. Тем не менее с учетом требований к охране окружающей среды растет потребность в бессвинцовом припое. В настоящее время широко применяется бессвинцовый оловянно-медный (Sn-Cu) припой, в частности оловянно-медно-никелевый (Sn-Cu-Ni) припой с более высокой текучестью, чем другие бессвинцовые припои. Sn-Cu-Ni припой является предпочтительным, поскольку исключает дефекты пайки, в том числе сглаживание поверхности пайки, перемычки, соединения со сквозным отверстием, непропаянные соединения и т.п., способные создавать проблемы в условиях массового производства.
Печатную плату электронных устройств с покрытием из медной пленки и компоненты электронной схемы с медными проволочными или ленточными выводами погружают в ванну для пайки. Медь способна растворяться в ванне для пайки погружением, в результате чего ее концентрация в ванне постепенно повышается. В результате, образуется интерметаллическое соединение Sn-Cu с высокой температурой плавления, не плавящееся при заданной температуре плавления в ванне. Это соединение сцепляется с деталью для пайки. Таким образом, ухудшается качество пайки. В Japanese Open Gazette, номер 2001-237536 предложена методика регулирования концентрации с целью преодоления данного недостатка. Согласно предложенной методике в ванну подают дополнительный припой с низкой концентрацией Сu, чтобы поддерживать концентрацию Сu на постоянном уровне или ниже его.
Раскрытие изобретения
Задачи изобретения
После лужения путем погружения детали в ванну для пайки и затем ее извлечения из ванны для пайки обычно осуществляют выравнивание с использованием так называемого выравнивателя припоя воздушным ножом (горячим воздухом), в дальнейшем именуемого HASL (от английского - hot-air solder leveler). В процессе выравнивания избыток припоя удаляют с помощью воздушного ножа путем продувания детали воздухом высокой температуры и давления. В результате этой операции повышение концентрации существенно превышает предполагаемое изменение концентрации Сu в ванне для пайки погружением согласно описанной методике регулирования концентрации Сu. Более точно, несмотря на небольшую площадь обработки детали, скорость повышения концентрации Сu в ванне очень высока. Это конкретное явление также имеет место при протяжке детали с использованием штампа.
Когда HASL удаляет избыток припоя с детали после ее погружения в ванну для пайки, концентрация Ni в Sn-Cu-Ni бессвинцовом припое в ванне быстро падает, несмотря на небольшую обрабатываемую площадь детали. Снижение концентрации Ni приводит к ухудшению текучести расплавленного припоя и образованию дефектов сглаживания поверхности пайки, отверстий, непропаянных соединений и других дефектов. В условиях массового производства эти дефекты способны создавать серьезные сложности, такие как остановка целой производственной линии. В связи с этим, регулирование концентраций Сu и Ni в ванне для пайки погружением является весьма важным фактором обеспечения надежности производства.
Устранение названных недостатков положено в основу настоящего изобретения, задачей которого является создание бессвинцового припоя, пополняемого с целью регулирования быстро меняющихся концентраций Сu и Ni и их доведения до приемлемого диапазона без замены припоя, находящегося в ванне для пайки погружением, и также способа регулирования концентраций Сu и Ni.
Средства решения задач изобретения
Автором настоящего изобретения проведены исследования с целью получения раствора, реагирующего на быстрое изменение концентраций Сu и Ni в расплавленном припое в ванне для пайки погружением, что было неосуществимо обычными способами. Более точно, исследованы конкретные условия применения HASL или штампа в последующем процессе. Конкретные условия отличаются от условий способа регулирования концентрации, принятого при пайке волной припоя, когда распыляют расплавленный припой и создают волну, а Сu растворяют только тогда, когда волна сталкивается с задней поверхностью печатной платы.
Например, поскольку HASL распыляет воздух высокой температуры и давления, распыляемый воздух оказывает определенное ударное действие на саму деталь. В результате, происходит удаление не только припоя, но также некоторого количества Сu, находящейся на поверхности детали. В ходе дальнейших исследований было установлено, что физическая сила (ударное действие и т.п.), которой HASL и штамп воздействуют на деталь, удаляет слои припоя, включая слой на границе раздела (Ni, Сu)6Sn5, образующийся между Сu на поверхности детали и слоем припоя.
Сu, которая в большем количестве присутствует на поверхности детали, чем на слое припоя, легко перемещается в слой на границе раздела между деталью и слоем припоя, в результате чего образуется слой с высоким содержанием Сu. Если слой припоя, включая слой на границе раздела между припоем и деталью, удаляют с помощью HASL или подобного устройства, в результате возврата припоя в ванну для пайки погружением в ней быстро повышается концентрация Сu.
В результате быстрого повышения концентрации Сu в ванне для пайки погружением образуется интерметаллическое соединение Sn-Cu.
Интерметаллическое соединение Sn-Cu остается на дне ванны. Поскольку при кристаллизации интерметаллического соединения Sn-Cu оно расходует Ni из ванны, концентрация Ni в ванне быстро падает. Даже если поддерживать рабочую температуру в ванне на уровне около 260°С, чтобы замедлить образование интерметаллического соединения Sn-Cu, быстрое повышение концентрации Сu невозможно регулировать. В результате, на дне ванны образуется интерметаллическое соединение Sn-Cu, что, естественно, приводит к захвату Ni. Ni, который в небольших количествах присутствует в бессвинцовом припое, обычно не содержится в детали, такой как печатная плата. При каждой обработке детали, концентрация Ni в ванне снижается. Поскольку небольшое количество Ni является существенным фактором припоя Sn-Cu-Ni, обеспечивающим высокую текучесть, для обеспечения надежности производства важно своевременно пополнять Ni, количество которого уменьшается в результате обработки детали.
В случае применения конкретного устройства, такого как HASL, происходит резкое изменение концентраций Сu и Ni в ванне для пайки погружением, в связи с чем необходимо точное регулирование концентраций. В результате глубоких исследований упомянутых выше проблем стала понятна необходимость дополнительно пополнять количество припоя до повышения концентрации Сu на заданную величину, установленную в качестве максимального изменения концентрации, и до снижения концентрации Ni на заданную величину, установленную в качестве максимального изменения концентрации. Также было установлено, что оптимальное регулирование концентрации невозможно обеспечить без регулирования состава пополняемого бессвинцового припоя.
Предложенный в настоящем изобретении бессвинцовый припой пополняют в ванне, в которую помещают деталь, представляющую собой печатную плату с покрытием из медной пленки, медный проволочный вывод или медный ленточный вывод, для следующей за пайкой обработки с использованием воздушного ножа или штампа. Бессвинцовый припой содержит Sn в качестве основного компонента и по меньшей мере Ni, концентрация которого находится в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно. В результате пополнения бессвинцового припоя с данным составом в ванне, концентрация которого изменилась вследствие применения HASL или штампа при следующей за пайкой обработке, его состав быстро восстанавливается до соответствующего интервала концентраций.
Максимальная допустимая концентрация Сu в бессвинцовом припое, в котором регулируют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне для пайки погружением, составляет 1,2 мас.%. Предпочтительно концентрация Сu составляет 0,7 мас.% или менее, исходя из регулирования образования интерметаллического соединения, такого как избыток (Ni, Сu)6Sn5.
Эвтектическая точка Sn-Cu соответствует 0,7 мас.%. Более предпочтительно концентрация Сu составляет 0,5 мас.% или менее. Наиболее предпочтительным является бессвинцовый припой Sn-Ni, вообще не содержащий Сu, поскольку быстрее всего снижается концентрация Сu во всей ванне. С другой стороны, концентрация Ni предпочтительно находится в пределах от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно. Эвтектическая точка Sn-Ni соответствует 0,15 мас.%, а в качестве интервала установлено отклонение на 0,1 мас.% в меньшую сторону и на 0,15 мас.% в большую сторону от 0,15 мас.%. Предполагается, что в этом интервале легко регулировать пополнение Ni. Наиболее предпочтительный интервал находится в пределах от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно. В этом интервале изменение концентрации Сu при пополнении припоя регулируют в узком диапазоне. Таким образом, стабилизируют состав припоя.
Предложенный в изобретении способ регулирования концентраций Сu и Ni в припое в ванне включает стадию, на которой деталь, представляющую собой печатную плату с покрытием из медной пленки, медный проволочный вывод или медный ленточный вывод, погружают в ванну с целью осуществления пайки и возвращают припой, удаляемый с детали воздушным ножом или штампом, в ванну. Бессвинцовый припой пополняют в ванне до того, как концентрация Сu в ванне повысится максимально на 0,5 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni в ванне снизится максимально на 0,03 мас.% относительно ее заданной величины, при этом пополненный бессвинцовый припой содержит Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации 1,2 мас.% или менее и Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно. Согласно данному способу быстро меняющиеся концентрации в ванне измеряют непрерывно или постоянно, а припой пополняют до того, как достигнута заданная величина повышения или заданная величина снижения концентрации. Соответствующее регулирование концентраций и снижение частоты возникновения дефектов пайки осуществляют даже в случае быстрого изменения концентраций Сu и Ni в ванне в результате применения HASL или штампа при следующей за пайкой обработке. Тем самым обеспечивают надежность производства без прерывания процесса пайки.
Согласно предложенному в настоящем изобретении способу регулирования бессвинцовый припой пополняют до того, как концентрация Сu повысится максимально на 0,3 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni снизится максимально на 0,02 мас.% относительно ее заданной величины. За счет этого сохраняется достаточный запас для обеспечения надежности производства, а в ванне для пайки погружением поддерживают низкую рабочую температуру. Данные показатели являются предпочтительными с точки зрения надежности производства. Что касается состава пополняемого бессвинцового припоя, в предложенном в настоящем изобретении способе регулирования применимы приведенные выше предпочтительные интервалы концентраций Сu и Ni.
Преимущества настоящего изобретения обеспечивает любой из упомянутых вариантов осуществления, если бессвинцовый припой для пополнения помимо Сu и Ni содержит германий (Ge) и фосфор (Р) в качестве ингибитора окисления в концентрации около 0,1 мас.% каждый. Добавление Ge в большей степени способствует предотвращению выщелачивания Сu, чем добавление Р. Даже бессвинцовый припой, не содержащий других элементов помимо Sn, Сu и Ni, способен обеспечивать преимущества настоящего изобретения. Если сравнить бессвинцовый припой, дополнительно содержащий Ge и Р, и бессвинцовый припой, содержащий только Sn, Сu и Ni без дополнительных элементов, предпочтительным является первый из них. Бессвинцовый припой, дополнительно содержащий Ge и Р, ограничивает окисление припоя, за счет чего образуется меньше окислов (меньше окалины) и меньше окислов сцепляется изделиями. Пополняемый бессвинцовый припой, содержащий Со вместо Ni, имеет тот же недостаток, что и припой, содержащий Ni, но он преодолен в настоящем изобретении. Припою для пополнения может быть придана любая форма, например, прутка, проволоки и т.д., при этом преимущества настоящего изобретения обеспечивает припой в любой форме.
Результат изобретения
Когда деталь извлекают из ванны после ее погружения и подвергают обработке с помощью HASL или штампа, предложенный в настоящем изобретении пополняющий припой сразу восстанавливает быстро меняющиеся в процессе обработки концентрацию Сu и концентрацию Ni до соответствующего интервала концентраций. Согласно настоящему изобретению пополняющий припой предотвращает образование различные дефектов, таких как отверстия и непропаянные соединения, в результате плохой текучести расплавленного бессвинцового припоя Sn-Cu-Ni. Обеспечивается надежное изготовление детали. В соответствии с предложенным в настоящем изобретении способом регулирования концентрации Сu и концентрации Ni в ванне частота возникновения дефектов в результате соответствующего регулирования снижается даже при быстром изменении концентрации Сu и Ni в ванне. Надежный процесс производства, в частности массового производства, продолжают без прерывания процесса пайки.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
На фиг.1 - график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне для пайки погружением в процессе непрерывной пайки с использованием воздушного ножа (шабера) в следующем за пайкой процессе,
на фиг.2 - график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне в процессе непрерывной пайки с использованием воздушного ножа в следующем за пайкой процессе в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Далее описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Сначала описан вариант осуществления, в котором для удаления избытка припоя с печатной платы после ее погружения в ванну для пайки используют воздушный нож устройства HASL.
В данном варианте осуществления используют бессвинцовый припой, не содержащий каких-либо элементов помимо Sn, Сu и Ni. Более точно, бессвинцовый припой содержит 0,7 мас.% Сu, 0,05 мас.% Ni и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Бессвинцовый припой плавится при температуре 265°С в ванне для пайки погружением. При таких условиях деталь, которой является печатная плата, опускают вертикально вниз и оставляют погруженной в расплавленный припой в ванне в течение от 1 до 5 секунд, а затем извлекают из ванны со скоростью от 10 см/сек до 20 см/сек. С помощью воздушного ножа HASL на обе примерно противолежащие стороны печатной платы из двух положений распыляют нагретый до температуры 280°С воздух, в результате чего при извлечении детали на нее воздействует давление воздуха от 0,098 МПа до 0,294 МПа. Такую операцию пайки повторяют несколько раз подряд и измеряют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне при каждой обработке детали.
На фиг.1 показан график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне при последовательном осуществлении описанного выше процесса пайки. В данном случае по оси ординат (оси Y) отложена концентрация Сu (мас.%) и концентрация Ni (мас.%), а по оси абсцисс (оси X) отложена обрабатываемая площадь (м2) детали, которой является печатная плата. Как показано на фиг.1, концентрация Сu в ванне быстро повышается, несмотря на небольшую площадь обработки детали, а концентрация Ni быстро снижается с увеличением обрабатываемой площади детали. При продолжении пайки и обработки с помощью HASL начинают образовываться нерастворимые интерметаллические соединения Sn-Cu, даже если рабочую температуру поддерживают на уровне 260°С или выше. Концентрация Сu в ванне перестает повышаться, когда на стенках и дне ванны образуется большое количество интерметаллических соединений Sn-Cu. Из-за этого приходится прекращать операцию пайки. Концентрация Ni продолжает снижаться даже после того, как перестает повышаться концентрация Сu. Это объясняется тем, что интерметаллические соединения Sn-Cu увеличивают захват Ni. Установлено, что резкое первоначально изменение концентрации примерно в 10 раз превышает скорость изменения концентрации Сu при пайке волной припоя (иными словами, градиент концентрации Сu растет при обработке печатной платы стандартной площади).
Автор получил пополняющий бессвинцовый припой, содержащий 0,15 мас.% Ni и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Как и в описанном выше случае, операцию пайки осуществляют на печатной плате. В ванну вводят пополняющий припой и измеряют концентрацию Сu и концентрации Ni в ванне. Более точно, описанный выше пополняющий бессвинцовый припой вводят в ванну до того, как концентрация Сu на 0,5 мас.% превысит контрольное значение, а концентрация Ni снизится на 0,03 мас.% относительно контрольного значения. На фиг.2 показан график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне для пайки погружением. Стрелками указаны моменты времени, в которые вводили пополняющий бессвинцовый припой. До операции пайки контрольные значения обозначают исходные значения концентрации Сu и концентрация Ni в ванне, а во время операции пайки - значения концентрации Сu и концентрации Ni после максимального изменения концентрации Сu и концентрации Ni в результате введения пополняющего бессвинцового припоя (более точно, максимальное значение для Сu и минимальное значение для Ni).
Как показано на фиг.2, с увеличением обрабатываемой площади детали концентрация Сu быстро повышается, а концентрация Ni быстро снижается. При введении описанного выше пополняющего бессвинцового припоя концентрация Сu и концентрация Ni быстро восстанавливаются до значений, близких к их исходным значениям. Как показано, описанный выше пополняющий бессвинцовый припой вводят несколько раз, и с помощью измерителя концентрации контролируют повышение концентрации Сu и снижение концентрации Ni. Концентрацию Сu и концентрацию Ni регулируют с точностью до соответствующих интервалов с хорошей воспроизводимостью. Количество вводимого пополняющего бессвинцового припоя соответствующим образом определяют, исходя из соотношения с количеством расплавленного припоя в ванне. Что касается соответствующих интервалов концентрации Сu и концентрации Ni, концентрация Сu составляет от 0,6 мас.% включительно до 1 мас.% включительно, а концентрация Ni составляет от 0,02 мас.% включительно до 0,08 мас.% включительно.
В другом варианте осуществления того же процесса и описанных выше измерений вводят бессвинцовый припой, содержащий Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации более 1,2 мас.% и Ni в концентрации менее 0,01 мас.% или более 0,5 мас.%. В данном случае даже при введении бессвинцового припоя в любое время в процессе операции пайки повышение концентрации Сu в ванне для пайки погружением невозможно регулировать, и регулирование концентрации не приносит результата. В то же время бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации менее 1,2 мас.% и Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, позволяет регулировать концентрацию. В частности, регулирование концентрации относительно быстро осуществляют при использовании бессвинцового припоя, в котором концентрация Сu равна или меньше 0,7 мас.%. Когда концентрация Сu равна или меньше 0,5 мас.%, регулирование концентрации осуществляют даже еще быстрее. Быстрее и надежнее всего регулирование концентрации Сu осуществляют, когда бессвинцовый припой вообще не содержит Сu.
В другом варианте осуществления в бессвинцовом припое, содержащем Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации, равной или меньшей 1,2 мас.%, Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, стабилизируют концентрацию Ni в ванне с точностью до соответствующего интервала, в частности, от 0,02 мас.% включительно до 0,08 мас.% включительно. Если концентрация Ni находится в пределах от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно, при регулировании концентрации Ni в ванне ее быстрее корректируют с точностью до соответствующего интервала. Снижение концентрации Ni в ванне быстрее всего восстанавливают, если концентрация Ni находится в пределах от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно. При верхней предельной концентрации Ni надежно ограничивают образование интерметаллических соединений Sn-Cu.
Если в рассматриваемом и другом варианте осуществления для следующей за пайкой обработки используют HASL или штамп, рабочую температуру в ванне для пайки погружением устанавливают в пределах от 260°С включительно до 300°С включительно. За счет этого регулируют образование в ванне тугоплавких интерметаллических соединений Sn-Cu в результате резкого изменения концентрации Сu и Ni под действием особых условий следующего за плавкой процесса. За счет этого обеспечивают достаточный запас по времени для введения пополняющего бессвинцового припоя, имеющего каждый из описанных выше составов. Иными словами, вводимый в ванну бессвинцовый припой может иметь состав в широких пределах. С учетом упомянутой настройки рабочей температуры даже бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации, равной или меньшей 1,2 мас.%, также способен обеспечивать регулирование концентрации в ванне. Верхняя предельная температура составляет 300°С, поскольку при температуре выше 300°С в ванне происходит избыточное растворение Сu, находящейся на детали, и даже при использовании пополняющего бессвинцового припоя регулирование концентрации становится чрезвычайно сложным. Исходя из этого, наиболее предпочтительным верхним пределом рабочей температуры в ванне является 280°С.
В другом варианте осуществления бессвинцовый припой вводят до того, как концентрация Сu повысилась максимально на 0,3 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni снизилась максимально на 0,02 мас.% относительно ее заданной величины. Время непрерывной работы продлевается по сравнению с использованием бессвинцового припоя, который вводят при более значительной величине изменений, чем рассмотрена выше. Рабочая температура в ванне находится в относительно более низких пределах от 262°С до 263°С.
Далее описан другой конкретный вариант осуществления настоящего изобретения. В нем в ванну погружают медный проволочный вывод, а затем с помощью штампа удаляют избыток припоя, покрывающий проволочный вывод.
Как и в предыдущем варианте осуществления, в данном случае используют бессвинцовый припой, не содержащий других элементов помимо Sn, Сu и Ni. Более точно, используют бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации 0,7 мас.%, Ni в концентрации 0,05 мас.% и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Бессвинцовый припой плавится при температуре 265°С в ванне. При таких условиях деталь, представляющую собой медный проволочный вывод, погружают в ванну. С целью повышения пластичности при протяжке штамп и медный проволочный вывод нагревают с помощью известного нагревательного устройства.
После протяжки медного проволочного вывода, покрытого бессвинцовым припоем, через штамп таким способом, как описан выше, с медного проволочного вывода удаляют Сu вместе с избытком припоя. Затем Сu растворяют в ванне, в результате чего происходит быстрое повышение концентрации Сu в ванне. Также происходит быстрое снижение концентрации Ni в ванне.
Как и в случае использования HASL для следующей за пайкой обработки, использовался пополняющий бессвинцовый припой, содержащий 0,15 мас.% Ni и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Как описано выше, операцию пайки многократно осуществляют на медном проволочном выводе. Пополняющий бессвинцовый припой по мере необходимости вводят в ванну и измеряют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне. Более точно, описанный выше пополняющий бессвинцовый припой добавляют в ванну до того, как концентрация Сu в ванне повысится максимально на 0,5 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni в ванне снизится максимально на 0,03 мас.% относительно ее заданной величины. Контрольное значение задают так же, как это описано в предыдущем варианте осуществления, в котором в следующем за пайкой процессе используют HASL.
С точки зрения численной оценки получили такой же результат корректировки концентрации, что и в следующем за пайкой процессе с использованием HASL. В другом варианте осуществления получают такой же результат, что в следующем за пайкой процессе с использованием HASL. Более точно, когда в любое время вводят бессвинцовый припой, содержащий Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации более 1,2 мас.% и Ni в концентрации менее 0,01 мас.% или более 0,5 мас.%, повышение концентрации Сu в ванне невозможно регулировать, и невозможно осуществлять корректировку концентрации. Когда используют бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации менее 1,2 мас.% и Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, можно осуществлять регулирование концентрации. В частности, регулирование концентрации относительно быстро осуществляют при использовании бессвинцового припоя, в котором концентрация Сu равна или меньше 0,7 мас.%. Когда концентрация Сu равна или меньше 0,5 мас.%, регулирование концентрации осуществляют даже еще быстрее. Быстрее и надежнее всего регулирование концентрации Сu осуществляют, когда добавляют бессвинцовый припой, который вообще не содержит Сu.
В другом варианте осуществления в бессвинцовом припое, содержащем Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации, равной или меньшей 1,2 мас.%, Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, стабилизируют концентрацию Ni в ванне с точностью до соответствующего интервала, в частности, от 0,02 мас.% включительно до 0,08 мас.% включительно. Если концентрация Ni находится в пределах от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно, концентрацию Ni в ванне быстрее регулируют с точностью до соответствующего интервала. Снизившуюся концентрацию Ni в ванне восстанавливают быстрее всего и растворяют источник образования интерметаллических соединений (Ni,Cu)6Sn5, образующийся в результате повышения концентрации Ni, если концентрация Ni находится в пределах от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно.
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны лишь в качестве примеров. Преимущества настоящего изобретения обеспечивает любой из описанных выше вариантов осуществления, даже если бессвинцовый припой для пополнения помимо Сu и Ni содержит германий (Ge) и фосфор (Р) в качестве ингибитора окисления в концентрации около 0,1 мас.% каждый. В любом из описанных вариантов осуществления пополняющий бессвинцовый припой добавляют многократно. Преимущества настоящего изобретения обеспечиваются, даже если пополняющий бессвинцовый припой добавляют непрерывно, постоянно или периодически в соответствии с режимом пайки (например, в зависимости от типа деталей, обрабатываемых за день объемов или стабильности условий процесса пайки) и измеряют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне. Если операция пайки происходит в стабильных условиях, регулирование концентрации осуществляют путем непрерывного, постоянного или периодического добавления пополняющего бессвинцового припоя и измерения концентрации Сu и Ni. С помощью известного измерителя концентрации в сочетании с пополнителем осуществляют автоматическое регулирование концентрации и уменьшают изменение концентрации.
Промышленная применимость
Пополняемый бессвинцовый припой и способ регулирования концентрации Сu и Ni в ванне для пайки погружением согласно настоящему изобретению являются высокоэффективными средствами управления производством для применения при операции пайки в конкретном процессе с использованием HASL или штампа в следующем за пайкой процессе.
Claims (5)
1. Бессвинцовый припой для пополнения ванны с бессвинцовым припоем на основе олова, содержащим медь и никель, для пайки погружением детали, представляющей собой печатную плату с покрытием из медной пленки или медный проволочный вывод, или медный ленточный вывод, которую после процесса пайки подвергают обработке с использованием воздушного ножа или штампа, при этом пополняющий бессвинцовый припой содержит Sn в качестве основного компонента и по меньшей мере Ni, концентрация которого составляет от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно.
2. Бессвинцовый припой по п.1, в котором концентрация Ni составляет от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно.
3. Бессвинцовый припой по п.1, в котором концентрация Ni составляет от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно.
4. Бессвинцовый припой по любому из пп.1-3, который дополнительно содержит Cu, концентрация которого составляет до 1,2 мас.%.
5. Способ регулирования концентрации меди и никеля в ванне с бессвинцовым припоем на основе олова, содержащим медь и никель, для пайки погружением детали, представляющей собой печатную плату с покрытием из медной пленки или медный проволочный вывод, или медный ленточный вывод, при котором деталь погружают в ванну для осуществления пайки и возвращают в ванну припой, удаляемый с детали воздушным ножом или штампом, при этом измеряют концентрацию меди и никеля в припое, и до того, как концентрация Cu в припое увеличится максимально на 0,5 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni снизится максимально на 0,03 мас.% относительно ее заданной величины, осуществляют пополнение ванны припоя введением бессвинцового припоя, содержащего Sn в качестве основного компонента и по меньшей мере Ni, концентрация которого составляет от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005208134 | 2005-07-19 | ||
JP2005-208134 | 2005-07-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007148249A RU2007148249A (ru) | 2009-08-27 |
RU2410222C2 true RU2410222C2 (ru) | 2011-01-27 |
Family
ID=37668804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007148249/02A RU2410222C2 (ru) | 2005-07-19 | 2006-07-19 | Пополняемый бессвинцовый припой и способ регулирования концентрации меди и никеля в ванне для пайки |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7861909B2 (ru) |
EP (1) | EP1911543B1 (ru) |
JP (1) | JPWO2007010927A1 (ru) |
CN (1) | CN101223002B (ru) |
ES (1) | ES2382841T3 (ru) |
RU (1) | RU2410222C2 (ru) |
TW (1) | TWI465312B (ru) |
WO (1) | WO2007010927A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10286497B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-05-14 | Nihon Superior Co., Ltd. | Lead-free solder alloy |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009051181A1 (ja) * | 2007-10-19 | 2009-04-23 | Nihon Superior Sha Co., Ltd. | 無鉛はんだ合金 |
JP2011065936A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Hitachi Cable Ltd | フレキシブルフラットケーブル用導体及びその製造方法、並びにそれを用いたフレキシブルフラットケーブル |
CN102337422B (zh) * | 2010-07-21 | 2015-12-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温下低熔蚀的无铅搪锡合金的应用 |
DE102010038452A1 (de) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Leiterquerschnitt mit Verzinnung |
Family Cites Families (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3924794A (en) * | 1973-08-14 | 1975-12-09 | Us Energy | Solder leveling process |
US4619841A (en) * | 1982-09-13 | 1986-10-28 | Schwerin Thomas E | Solder leveler |
US5110036A (en) | 1990-12-17 | 1992-05-05 | At&T Bell Laboratories | Method and apparatus for solder leveling of printed circuit boards |
CN1087994C (zh) * | 1995-09-29 | 2002-07-24 | 松下电器产业株式会社 | 无铅钎料合金 |
US5837191A (en) * | 1996-10-22 | 1998-11-17 | Johnson Manufacturing Company | Lead-free solder |
JP3575311B2 (ja) * | 1998-01-28 | 2004-10-13 | 株式会社村田製作所 | Pbフリー半田および半田付け物品 |
JP2000197988A (ja) * | 1998-03-26 | 2000-07-18 | Nihon Superior Co Ltd | 無鉛はんだ合金 |
DE69918758T2 (de) * | 1998-03-26 | 2004-11-25 | Nihon Superior Sha Co., Ltd., Suita | Bleifreie Lötlegierung |
GB2346380B (en) * | 1999-01-28 | 2001-07-11 | Murata Manufacturing Co | Lead-free solder and soldered article |
JP3036636B1 (ja) * | 1999-02-08 | 2000-04-24 | 日本アルミット株式会社 | 無鉛半田合金 |
JP3312618B2 (ja) * | 2000-02-03 | 2002-08-12 | 千住金属工業株式会社 | はんだ槽へのはんだの追加供給方法 |
JP3221670B2 (ja) | 2000-02-24 | 2001-10-22 | 株式会社日本スペリア社 | ディップはんだ槽の銅濃度制御方法 |
HUP0104903A3 (en) * | 2000-03-17 | 2002-05-28 | Tokyo First Trading Company | Lead-free solder alloy |
JP2001287082A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-10-16 | Fuji Electric Co Ltd | はんだ合金 |
JP3786251B2 (ja) * | 2000-06-30 | 2006-06-14 | 日本アルミット株式会社 | 無鉛半田合金 |
US20020155024A1 (en) * | 2000-10-27 | 2002-10-24 | H-Technologies Group, Inc. | Lead-free solder compositions |
US20040241039A1 (en) * | 2000-10-27 | 2004-12-02 | H-Technologies Group | High temperature lead-free solder compositions |
US6689488B2 (en) * | 2001-02-09 | 2004-02-10 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Lead-free solder and solder joint |
DE60107670T2 (de) * | 2001-02-27 | 2005-10-06 | Sumida Corp. | Bleifreie lötlegierung und deren verwendung in elektronischen bauelementen |
TW592872B (en) * | 2001-06-28 | 2004-06-21 | Senju Metal Industry Co | Lead-free solder alloy |
KR100621387B1 (ko) * | 2001-08-30 | 2006-09-13 | 스미다 코포레이션 | 무납 땜납 합금 및 이를 사용한 전자부품 |
JP2003082448A (ja) * | 2001-09-11 | 2003-03-19 | Hitachi Cable Ltd | Snめっき極細銅線及びそれを用いた撚線並びにSnめっき極細銅線の製造方法 |
US20050008525A1 (en) * | 2001-12-15 | 2005-01-13 | Roland Pfarr | Lead-free soft solder |
US6602777B1 (en) * | 2001-12-28 | 2003-08-05 | National Central University | Method for controlling the formation of intermetallic compounds in solder joints |
ATE500018T1 (de) * | 2002-01-10 | 2011-03-15 | Senju Metal Industry Co | Lötverfahren mit zusatzversorgung eines gegen oxidation enthaltenden lotes |
JP2004017093A (ja) * | 2002-06-17 | 2004-01-22 | Toshiba Corp | 鉛フリーはんだ合金、及びこれを用いた鉛フリーはんだペースト |
US7029542B2 (en) * | 2002-07-09 | 2006-04-18 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder alloy |
JP2004063509A (ja) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Toshiba Corp | ハンダ付け方法 |
US7172726B2 (en) * | 2002-10-15 | 2007-02-06 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder |
JP3878978B2 (ja) * | 2002-10-24 | 2007-02-07 | コーア株式会社 | 鉛非含有はんだ、および鉛非含有の継手 |
JP2004261864A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | はんだ合金およびこれを使用したリード端子ならびに半導体素子 |
US7282175B2 (en) * | 2003-04-17 | 2007-10-16 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder |
JP2005026188A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Koa Corp | 電流ヒューズ及び電流ヒューズの製造方法 |
CN1259172C (zh) * | 2004-05-28 | 2006-06-14 | 四川省有色冶金研究院 | 高性能锡铜无铅电子钎料 |
US20070243098A1 (en) * | 2004-07-29 | 2007-10-18 | Tsukasa Ohnishi | Lead-Free Solder |
DE102004038280B4 (de) * | 2004-08-03 | 2006-07-27 | W.C. Heraeus Gmbh | Verfahren zum Herstellen von Feinstlotpulvern |
KR20050030237A (ko) * | 2004-11-13 | 2005-03-29 | 삼성전자주식회사 | 무연 솔더 합금 |
KR20100113626A (ko) * | 2005-06-03 | 2010-10-21 | 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 | 납프리 땜납 합금 |
US7749340B2 (en) * | 2005-10-24 | 2010-07-06 | Indium Corporation Of America | Technique for increasing the compliance of lead-free solders containing silver |
US20070172381A1 (en) * | 2006-01-23 | 2007-07-26 | Deram Brian T | Lead-free solder with low copper dissolution |
-
2006
- 2006-07-18 TW TW095126319A patent/TWI465312B/zh active
- 2006-07-19 CN CN2006800260252A patent/CN101223002B/zh active Active
- 2006-07-19 WO PCT/JP2006/314240 patent/WO2007010927A1/ja active Application Filing
- 2006-07-19 RU RU2007148249/02A patent/RU2410222C2/ru active
- 2006-07-19 ES ES06781247T patent/ES2382841T3/es active Active
- 2006-07-19 US US11/995,868 patent/US7861909B2/en active Active
- 2006-07-19 JP JP2007526027A patent/JPWO2007010927A1/ja active Pending
- 2006-07-19 EP EP06781247A patent/EP1911543B1/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10286497B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-05-14 | Nihon Superior Co., Ltd. | Lead-free solder alloy |
RU2695791C2 (ru) * | 2014-04-30 | 2019-07-26 | Нихон Супериор Ко., Лтд. | Бессвинцовый припой |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2007010927A1 (ja) | 2009-01-29 |
RU2007148249A (ru) | 2009-08-27 |
CN101223002A (zh) | 2008-07-16 |
TW200724282A (en) | 2007-07-01 |
ES2382841T3 (es) | 2012-06-13 |
US20090289102A1 (en) | 2009-11-26 |
TWI465312B (zh) | 2014-12-21 |
EP1911543A4 (en) | 2009-06-17 |
EP1911543B1 (en) | 2012-05-02 |
CN101223002B (zh) | 2011-07-06 |
EP1911543A1 (en) | 2008-04-16 |
US7861909B2 (en) | 2011-01-04 |
WO2007010927A1 (ja) | 2007-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2410222C2 (ru) | Пополняемый бессвинцовый припой и способ регулирования концентрации меди и никеля в ванне для пайки | |
EP1088615B1 (en) | Sn-Ag-Cu solder and surface treatment and parts mounting methods using the same | |
US6474537B1 (en) | Soldering method using a Cu-containing lead-free alloy | |
DE60127911T2 (de) | Verfahren zum Steuern der Zusammensetzung einer Schmelzlötlegierung in einem Lötbad | |
EP1464431B1 (en) | Soldering method with refiling with solder having an oxidation suppressing element | |
Nobari et al. | Effect of Ag, Ni and Bi additions on solderability of lead-free solders | |
Hillman et al. | Dissolution rate of specific elements in SAC305 solder | |
Diepstraten | Selective solder fine pitch components on high thermal mass assembly | |
Troxel et al. | Acceptance Testing Of Low-Ag Reflow Solder Alloys | |
JP4407385B2 (ja) | はんだ付け部の引け巣防止方法とはんだ合金と電子機器用モジュール部品 | |
JP4151409B2 (ja) | はんだ付け方法 | |
Barbini et al. | Lead‐Free Wave Soldering | |
JP2004261864A (ja) | はんだ合金およびこれを使用したリード端子ならびに半導体素子 | |
Hunt et al. | A test methodology for copper dissolution in lead-free alloys | |
US20080142124A1 (en) | Solder alloy, electronic board using the solder alloy, and method of manufacturing the electronic board | |
Izuta et al. | Simplified measuring method of copper concentration in solder bath utilizing copper dissolution | |
CN115927908A (zh) | 软钎料合金和钎焊接头 | |
Novák et al. | Usage of inert atmosphere for solderability testing | |
JP2009297789A (ja) | はんだ付け部の引け巣防止方法とはんだ合金と電子機器用モジュール部品 | |
JP2019134010A (ja) | 部品実装方法およびプリント基板 | |
Primavera | Electronics Assembly and the Impact of Lead-Free Materials | |
Yasuda | Characterization for dynamic micro wetting of lead-free solder paste |