TW533115B - A control method for copper density in a solder dipping bath - Google Patents

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533115 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ B7_ 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明係有關無鉛焊劑之組成，尤其是浸焊中，藉由 焊劑槽中之組成的控制，可經常適當地製造焊劑接合之方 法。 發明所欲解決之課題 焊劑一般可於2 5 0 °C左右之較低溫度在金屬表面起 潤濕作用，而當印刷電路基板或部件之引線等係以銅形成 時，作業中表面之銅溶出於焊劑中之「銅侵蝕」必然發生 。於是無鉛焊劑，其潤濕作用中銅之溶入非常快速，焊劑 槽中銅濃度急遽上升，此爲發明人等由經驗所知。銅之濃 度上升，則焊劑之熔點上升，引起表面張力、流動性之變 化’結果由於發生焊劑橋接、穿孔、漏焊、角狀、冰柱、 焊著之品質顯著下降。又再者，因銅濃度上升焊劑熔點上 升，一旦濃度上升，則引起熔融前之溫度以等比級數上升 而無法制止之結果。 又，本發明人已開發有新穎含鎳焊劑合金（國際公開 W〇 9 9 / 4 8 6 3 9等），已能藉鎳之添加提升流動 性，但此時仍以能適當控制銅之含量爲佳。 爲此，爲能於一旦銅濃度上升時將之消除，將焊劑槽 中之焊劑全部換新固係一有效手段，但頻繁進行替換，在 工業上難免被視爲成本之增加。況且又須作不必要的資源 之廢棄。 本發明即爲解決上述課題，其目的在揭示無須替換焊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 777 '一 I--^—τ--;--裝----Ί—--訂--- J--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533115 A7 ___ B7 五、發明説明（2 ) 劑槽中既有焊劑’而能將銅濃度控制於適當範圍之方法。 解決課題之手段 本發明最初注目者，係廣爲所用之銅箔印刷電路基板 ，或具銅引線之部件，以浸焊組裝時由於銅侵蝕焊劑槽中 銅濃度上升，該現象無法抑制之事實。針對此，特別以銅 爲對象，藉由其適當之相對稀釋，終達落實其濃度之積極 控制的結論。 而，必須有銅之焊劑合金中，例如錫銅鎳系合金，係 於無鉛焊劑之最基本構成組成物之錫銅共晶合金添加少量 鎳，以提升焊劑特性。該焊劑熔化時流動性極佳，組裝大 量電子基板之際，在浸焊步驟中發揮其威力。亦即，大量 .生產時，問題之焊劑摻接、穿孔、漏焊、角狀、冰柱等之 焊著不良，極少發生。但是，隨組裝之頻仍，焊劑槽中銅 分顯著增加，因該「銅侵蝕」現象溶於焊劑槽中，產生在 選定之作業溫度不熔之高熔點錫銅金屬間化合物，其附著 於被接合物之周圍，可觀察到焊著品質之低落。溶入錫之 銅量隨熔化焊劑之溫度而變，而因銅之熔點高達1 0 8 3 °C，即使少量增加，焊劑熔點上升仍大。因此，對如何使 銅濃度不增加而能持續作業加以熱心硏究，結果開發出以 下方法。 具體手段係用，於以錫、鎳、銅爲主要成分之第一焊 劑合金，具有槽中焊劑之銅濃度上升時，以不合銅之第二 焊劑合金，或含少於初期之焊劑組成物中之銅含量的1至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) 7^1 ^ ------- ^裝----Ί--訂------·線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533115 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 少含錫及鎳之第三焊劑合金作爲補充焊劑’投入熔融焊劑 槽之手段。其一例係，以銅約0 · 5 %，鎳約〇 · 〇 5 % ，餘爲錫之無鉛焊劑置入焊劑槽時，爲抑制使用中銅之增 加，以免其達有損於焊劑之特性的條件’以至少鎳約 〇 · 0 5 %，餘爲錫之組成物所成之合金，或至少鎳約 〇 · 0 5 %，其餘錫之組成物中含不足〇 · 5 %之銅的組 成物所成之合金作爲補充焊劑，予以投入。 又，另一例係，以銅約〇 · 8 %，銀約3 · 5 %，鎳 約0 · 0 5 %，餘爲錫之無鉛焊劑置入焊劑槽時，爲抑制 使用中必然增加之銅濃度，免其達於有損焊劑特性之條件 ，以至少銀約3 · 5 %，鎳約0 · 〇 5 % ’餘爲錫之組成 物所成之合金，或至少銀約3 · 5 %，鎳約0 · 0 5 %， 其餘之鍚的組成含不足0 · 8 %之銅的組成物所成之合金 作爲補充焊劑，予以投入。 以上述各手段，後來加入之合金無銅之添加，或銅濃 度各低於補充前的槽中焊劑之銅濃度之故，合金熔化後， 焊劑槽全體之銅濃度被稀釋。補充焊劑未必要添加銅，但 例如，起因於焊劑槽之溫度條件等，銅之增加速度低於預 期，通孔基板等之焊接之類焊劑消耗量大時，以不含銅之 合金補充則可預料銅濃度之過低。因此，應以合適當少量 銅之補充焊劑投入爲佳。 又，初期之無鉛焊劑組成物，即槽中至少合錫、銅及 鎳之焊劑，不必嚴格限定於此，只要以銅爲必要成分之焊 劑合金爲存在於焊劑槽之組成物即可，得廣泛採用。又， (請先閲讀背面之注意事- -裝-- -項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 533115 A7 B7 五、發明説明（4 ) (請先閲麻背面之注意事項再填寫本頁) 於焊劑組成物添加有提升潤濕性或具防止氧化之效果的成 分時亦同。亦即，作爲此類元素而含銀、鉍、銦、磷、或 鍺等時，亦不脫離本發明之中心技術。 補充焊劑之供給，係依槽中焊劑之消耗量、液相溫度 、所取用之印刷電路基板之每單位焊劑使用量等計算。多 數情況下，銅濃度之增加與印刷電路基板之處理片數具線 性相關，故將槽中焊劑之液面不斷檢測，當低至一定液面 時將補充焊劑投入，係可採用之手段。補充焊劑之'形狀可 自由選用棒狀或絲狀者。又，因如上述印刷電路基板之處 理片數與銅濃度相關，取代液面檢測於印刷電路基板之處 理片數單位時將補充焊劑投入亦可。再者，亦可代而採用 於一定時間單位以補充焊劑作補充，亦可將這些適當組合 採用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 至於實際的槽中焊劑之銅濃度，當係以錫、銅、鎳爲 主要成分時，槽中焊劑溫度在2 5 5 °C左右，要控制在低 於0 · 8 5重量％之手段，係消除伴隨銅濃度上升而來之 諸問題的最適控制。而〇 · 8 5重量％並非意味極其嚴格 之値；隨液層溫度變動會有分布。然而，上述條件下若超 出0 · 9 0重量％則接合精度惡化之故，將銅濃度之上限 控制於該限度。 上述各手段中，使用控制下之焊劑浸浴槽而完成之印 刷電路基板所搭載之各構件’因有害金屬鋁可大幅削減， 製造時無作業環境之污染，廢棄時亦能妥適對應環境問題 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533115 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___五、發明説明（5 ) 實施例 (比較例） 約0 · 5 %銅，約0 · 0 5 %鎳’餘爲錫之焊劑充滿 於焊劑槽，於2 5 5 ± 2 °C之焊劑溫度作大量印刷電路基 板之焊著作業。此時將與初期槽中焊劑相同組成之補充焊 劑持續投入，則隨作業量之增加，焊劑槽中之銅如第1圖 所示，在處理二萬片印刷電路基板後，增至不:良濃度。其 結果，槽中焊劑之熔點上升，槽中焊劑之表面張力、流動 性起變化，因發生焊劑橋接、穿孔、漏焊、角狀、冰柱等 ，焊著品質明顯下降。又，比較例及實施例之％全脂重量 %。 (實施例1 ) 約0 · 5 %銅，約0 · 0 5 %鎳，餘爲錫之無鉛桿劑 充滿於焊劑槽，使槽中焊劑溫度成2 5 5 ± 2 °C，於與比 較例相同之條件下進行焊著作業。此時’以不含銅之補充 焊劑投入。實施例中係以0 · 0 5 %鎳，餘爲錫之組成物 所成之焊劑補充，銅濃度上升如第2圖所不，於達約 〇· 7 %左右後穩定，無焊著品質之惡化。 (實施例2 ) 初期焊劑組成〇 · 6 %銅，0 · 0 5 %鎳，適量添加 以具抗氧化效果之金屬，例如，鍺、磷、鈣等，餘爲錫之 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（210X297公釐） 7^1 ~~^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 533115 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 焊劑合金投入焊劑槽，槽中焊劑溫度2 5 5 土 2 t，同樣 條件下進行焊著作業，以從組成物中剔除銅之合金作爲補 充焊劑投入槽中。其結果，銅濃度之上升大致與實施例i 相同，可確認穩定於約0 · 7 %之程度。 (實施例3 ) 初期焊劑組成〇 · 6 %銅，約0 · 0 5 %鎳，餘爲錫 之焊劑投入焊劑槽，槽中焊劑溫度2 5 5 ±'2 t，同樣條 件下進行焊著作業，補充焊劑不含銅，投入適量添加有具 抗氧化效果之金屬，例如鍺、磷、鈣等之錫鎳-抗氧化劑 添加焊劑。此時銅濃度之上升仍與上述實施例同，至約 0 · 7 %後穩定。 此次對象主要係用錫銅鎳合金焊劑，須作積極濃度控 制者僅止於銅，其它成分並無積極變更之必要。當然，具 提升焊劑組成物之潤濕性、抗氧化效果之銀、鉍、銦或磷 、鍺之添加時亦同。 發明之效果 採用本發明方法時，對原爲必要成分金屬，當濃度超 乎一定値時，反具不良特性之銅，即可作積極控制。因此 ，同一焊劑槽中進行大量焊著，接合精度亦可良好維持。 再者，基於本發明方法所完成之基板所搭載之構件， 再製造環境中，在使用環境中或廢棄時，有害之鉛可大幅 削減之故，大量生產所造成之環境破壞問題，即可大幅迴 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) » in J— I裝. 訂 ►線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）_ g . 533115 A7 B7 五、發明説明（7 ) 避。 圖面之簡單說明 第1圖：呈示先行技術中銅濃度變化之圖 第2圖：呈示以含有約0 · 0 5 % N i之S η焊劑作 爲補充焊劑時銅濃度變化之圖 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） _ 1〇 -

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533115 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 1 · 一種控制焊劑浸浴槽中銅濃度的方法，其特徵爲 :具有銅箔之印刷電路基板，及/或具銅引線之組裝部件 之浸焊步驟中，於至少以銅爲必要成分之焊劑合金之焊劑 槽中之焊劑，適當投入不含銅，或銅濃度低於補充前銅濃 度之補充焊劑，將銅濃度控制在一定濃度以下。 2 ·如申請專利範圍第1項之控制焊劑浸浴槽中銅濃 度的方法，其中槽中焊劑係以錫、銅、鎳爲主要成分，補 充焊劑係以錫、鎳爲主要成分。 3 ·如申請專利範圍第1項之控制焊劑浸浴槽中銅濃 度的方法，其中槽中焊劑係以錫、銅、鎳爲主要成分，補 充焊劑係以錫、銅、鎳爲主要成分。 4 ·如申請專利範圍第1項之控制焊劑浸浴槽中銅濃 度的方法，其中槽中焊劑係以錫、銅、銀爲主要成分，補 充焊劑係以錫、銀爲主要成分。 5 ·如申請專利範圍第1項之控制焊劑浸浴槽中銅濃 度的方法，其中槽中焊劑係以錫、銅、銀爲主要成分，補 充焊劑係以錫、銅、銀爲主要成分。 6 ·如申請專利範圍第1至5項中任一項之控制焊劑 浸浴槽中銅濃度的方法，其中補充焊劑係於當槽中焊劑之 液面降低至選定高度時投入。 7 ·如申請專利範圍第1至5項中任一項之控制焊劑 浸浴槽中銅濃度的方法，其中補充焊劑係於每當一定之印 刷電路基板處理片數時投入焊劑槽。 8 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之控制焊劑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)~ΤΤΐ ----- J--^ J 裝------訂---_---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533115 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 浸浴槽中銅濃度的方法，其中槽中焊劑銅濃度，當槽中焊 劑溫度在2 5 5 °C左右時，控制於不足0 · 8 5重量％。 9 · 一種電器•電子組件，其特徵爲：包含經由如申 請專利範圍第1至8項中任一項之方法中之焊劑浸浴槽而 得之接合。 1〇· 一種補充焊劑，係投入於預先熔融，以錫、銅 、鎳爲主要成分之槽中焊劑之補充焊劑，其特徵爲：該補 充焊劑係以錫、鎳爲主要成分。 1 1 · 一種補充焊劑，係投入於預先熔融，以錫、銅 、銀爲主要成分之槽中焊劑之補充焊劑，其特徵爲：該補 充焊劑係以錫、銀爲主要成分。 i m Bi^— 1-^1 ·1 - ‘ ϋ— —i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -呑 .镳 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）