五、發明說明（1) <發明所屬技術領域> 本發明係關於電焊鐵之焊鐵頭，特別是關於一種電焊 鐵用焊鐵頭及焊鐵，係將基材表面改質成八丨濃度較高之 Cu-Al合金的表面，用以附加在高溫環境下的耐氧化性。 <習知之技術> 一般電子工業最初係以焊接方法來進行接續·接合。 該焊接方法可大致分為成批鐵焊法（一次焊接法）與人工焊 接法。 在成批鐵焊法具有將素子與零件搭載於印刷基板後， 次潰於溶融焊接中之流動焊接法、與將焊接粒子與焊劑藉 黏合劑等混合將焊接膏印刷於印刷基板的接合部後，搭載 零件加熱焊接之逆流焊接法（SMT)，無論哪一個均具有同 時在多數處所可以焊接之特徵。 另一方面，人工焊接法主要是藉焊鐵來進行，無法在 多數處所同時進行焊接，但是驗古代—直進行的方法， 其特徵是無論任何人都可以輕易的進行作業。另外，在修 改以成批焊接法進行之焊接不良接縫處所，藉焊鐵方法是 不可缺的。特別是，由於最近公害問題使用外任意详接增 加’與習知之Sn-Pb焊接相比由於焊接性不佳引起多數不良 接縫，所以形成藉焊鐵修正是不可或缺的，輝鐵形成必須 比習知增加更多擔當重要之任務。 針對習知之電焊鐵的裝置加以詳述。第！圖為習知之-般的電焊鐵的前端側主要部分之分解透視圖。如該圖所 示，將被形成於焊鐵頭3向基端侧開口之中空部（胴體部分 1230639 五、發明說明（2) 8(參照第3圖）)插入裝填於陶瓷加熱器5，在其焊鐵頭3外嵌 保護管2後，將嵌入於其保護管2之袋螺母丨繫緊固定於接口 6。此時，在焊鐵頭3之中空部，嵌入與陶瓷加熱器5相同長 度之不鏽鋼製之内管4。如此做法，形成第2圖之組裝狀態， 形成被供給使用。由於有如此之構造，焊鐵頭3因長時間的 使用耗損的場合，可以很容易的更換其頭。 然而’第3圖所示習知之焊鐵頭3的截面。在焊鐵頭的 素材，由於由陶瓷製加熱器的熱有必要在舜時間傳達至頭 前端部3a，所以使用熱傳導性較優之純銅或高熱傳導性銅 合金。 在銅製之焊鐵頭3的表面實施數十/zm以上膜厚之Fe 電鍍7，進一步在其上面在前端部3a以外實施數# m膜厚之 鍍Cr 1 〇而且，在刖端部3 a塗層焊接合金9，在該部分進行 焊接作業。尚且，此時之Fe電鍍7,其被實施的目的係用以 抑制純銅與銅合金素材之顯著的被焊接磨損，鍍CH〇，其 被實施的目的係在防止Fe電鍍後表面的腐餘與高溫氧化。 另一方面，在與前端部3a相反側之後端部扑，形成内 藏棒狀m熱器5之圓筒狀之胴體部分8 ’如前所述形成 可乂由加熱器5自由拔出插人之構造。另外，在胴體部分$ 沿者内面嵌入不鏽鋼製之内管4，保護因内面發生氧化污垢 與陶兗加熱器5的接觸。 <發明欲解決之課題> 但疋，在習知之構造具有如以下諸多之問題點，其改 良被期待著。 五、發明說明（3) ^首先，在焊鐵頭3之最表面被電鍍之鍍CrlO , ό價鉻之 電錢液由廢水處理等被包含於環境公害之限制對象，、謀求 朝鍍Cr以外之電鍍與電鍍以外之表面處理法等之轉換。 另外，構造上，上述之焊鐵頭3在被安裝•加熱於陶瓷 加熱為之際，焊鐵頭3的胴體部分内面因空氣層的存在被激 烈的氧化，發生(^1〇與(^2〇等之氧化污垢，形成帶來熱傳 導性的劣化，另外形成短路等之故障的主要原因。 另外，焊鐵頭由於為可以自由拔出插入之構造，所以 在内管4的内面與陶瓷加熱器5的外周部之間產生狹小間 隙|因此等產生溫度差形成無法控制精度高之溫度。尚且， 作為其改善策，係如前所述在焊鐵頭3之胴體部分8與陶瓷 加熱器5之間，設置厚度較薄之不鏽鋼製内管4，但即使此 種場合亦無法避免基材銅之激烈氧化，另外，不鏽鋼製内 管在熱傳導性不佳上形成遮蔽熱傳達之構造，形成使溫度 傳感器之應答性鈍化的主要原因。 <解決課題之手段> 為解決上述課題，本發明之第丨之一種電焊鐵用焊鐵 頭，係在由銅或銅合金所形成之焊鐵用之焊鐵頭中，在除 了前端部之焊接塗層部分之外表面，塗敷由A1粒子與焊Z 所形成之混合物後，在不活性氣體環境中僅溶融A1粒子， 將該表面表面改質成A1濃度較高之Cu-A1合金包覆層。 另外，在本發明之第2之一種電焊鐵用焊鐵頭，係在由 銅或銅合金所形成之焊鐵用焊鐵頭中，在具有内藏棒狀陶 瓷加熱器之圓形胴體部分之中空部内面之該内面，塗敷由 1230639 五、發明說明（4) A1粒子與焊劑所形成之混合物後，在不活性氣體環境中僅 溶融A1粒子，將該内面表面改質成八丨濃度較高之Cu_A1合金 包覆層。 另外，本發明之第3之一種電焊鐵用焊鐵頭，係在由實 施Fe電鍍之銅或銅合金所形成之焊鐵用之焊鐵頭中，以約 1〇〜50//m之膜厚範圍電鍍Cu電鍍，又在該表面塗敷由A1 粒子與焊劑所形成之混合物後，在不活性氣體環境中僅溶 融A1粒子，將該表面表面改質成A1濃度較高之Cu_Al合金包 覆層。 <發明的實施型態> 本發明之電焊鐵用焊鐵頭，係在形成其素材之銅製之 焊鐵頭3的表面，將A1粒子與焊劑之混合物藉黏合劑混合均 的塗敷成糊狀。而且，其乾燥後在不活性氣體環境中加 熱，僅使A1粒子溶融，將表面改質成八丨濃度較高之表面。 此時，A1粒子之粒徑•氧氣含有量也影響到包覆層的 性質最好為150# m以下之粒子，粒子之氧氣含有量期望的 是為1重量百分比以下。尚且，在以下之中，在表示成分組 成作為全依重量百分比，單以％加以記述。 在焊劑係使用氟化物作為主體之鹵化合物。將由八丨粒 子80%-焊劑20%所形成之混合物，藉黏合劑混合後，在焊 鐵頭3塗敷2〜5mg/Cm2，將此等在？^^之氮氣體之環境中 進行加熱處理，溶解A1粒子。Cu-Al系合金係以548。(：藉共 晶反應溶融，但為了使A1與Cu充分的反應，使八丨融點上升 到660°C以上，由爐中取出進行自然冷卻。 五、發明說明（5) 如此改質表面之焊鐵頭，係被改質成八丨濃度較高之 Cu-Al合金之包覆層，形成黃金色之漂亮的表面。將該表面 改質之焊鐵頭3安裝至如第丨圖、第3圖所示之裝置，加熱至 250〜40(TC，實際進行焊接作業結果，完全沒有看見因、氧 化而發生污垢。 第4圖為表示表面改質之基礎實驗的結果，將尺寸： 25x40x〇.5mmt之純銅板與彼等作表面改質，在3〇〇〜6⑼。c 之大氣中加熱1小時後測定氧化增量的結果之圖 =板在超過30(TC後急速的被氧化增大氧化增量，而表面改 質銅板在加熱至600它氧化完全沒有增加，從而顯示優良之 耐氧化性。 為了探究該原因依據ΕΡΜΑ等之分析的結果，表面改 質層的成分包含Α1··8〜15%，在極表面生成氧化鋁（Αι2〇3)， 可以了解此等對耐氧化性的改善有很大的貢獻。此時之改 質層的厚度，係藉A1粒子的塗敷量可以自由調節，若具有 在20〜loo# m的範圍内的話就具有充分的效果。另外，在 表面改質後之焊劑殘渣沒有腐蝕性，從而不需要水洗淨等 之處理，即使在不污染環境這點上與習知之電鍍法相比乃 現存之最有利之特徵。 若依據本發明，將銅製之焊鐵頭的表面及胴體部的内 藉表面改夤成A1濃度較南之Cu-Al合金組成，在表面生 成和為女疋之氧化銘（八丨2〇3)，並被賦予在大氣中之高溫環 境下之耐氧化性。 另外’表面改質層由於為數十#m的厚度，所以幾乎 1230639 五 、發明說明（6) 不知及基材的銅及銅合金的優良電氣•熱傳導性。為此依 據本發明藉本面改質可以期待以下的作用效果。 (1) 被改善成非常耐氧化性，在了㈧艽的大氣中即使加 熱1小時也不會發生氧化污垢。從而由於焊鐵之常用溫度為 400 C以下，所以可以充分的作為焊鐵頭的包覆材使用。 (2) 迄習知在加熱焊鐵頭之棒狀加熱器之插入部，因前 述的理由被嵌入不鏽鋼製之内管使用，為此給熱傳導性與 度控制的精度等帶來不良影響，但藉不要該内管之構造 被期待顯著的改善性能之效果。 (3) 由於具有優良的耐氧化性，形成可以替代實施習知 進行之鍍Cr之製品，藉此期待得到形成解決環境問題的一 部的手段。 (實施例） 以下’針對本發明之電焊鐵用焊鐵頭進一步加以詳細 說明。尚且，圖面之參照符號針對其與第1圖〜第3圖之習 知者相同之部分，賦予相同之號碼加以說明。 (實施例1) 本發明之表面改質法之適用處所，係成為替代習知之 焊鐵頭之鍵Cr者。或銅製焊鐵頭之銅素材在露出之胴體部 分8的内面部分。現在該部分係藉内管被保護。在該實施例 所使用之焊鐵頭3為純銅素材，其形狀尺寸如第5圖所示。 首先’最初關於習知實施鍍(^部分之表面改質。第6 圖為其一實施例，在預先焊鐵頭3之前端部3a進行Fe之局部 電鍍7。朝該部分之Fe電鍍7之目的係如前所述，係以防止 1230639 五、發明說明（7) 焊鐵頭3之素材之銅與銅合金之夾頭被磨損為目的，完全沒 有必要在全表面實施Fe電鍍7。但由作業性的觀點來看，由 於全面Fe電鍍7也有其有利的場合，所以關於該件在實施例 3在詳細的加以敘述。 在本實施例，Fe電鍍7係僅作焊鐵頭3之前端部3a，在 除彼等以外的表面（除了前端部3a之焊鐵頭外周面）以黏合 劑混合A1粒子80°/。-氟化物系焊劑20%後，以約4mg/cm2之 密度藉羽毛塗敷，在700X：之氮氣環境中實施加熱處理，得 到約40//m之厚度之表面改質層。將同試料安裝於如 第1圖及第2圖所示之電焊鐵裝置，以25〇〜4〇〇它實際的運 轉。其結果，在24Hrs之範圍内表面幾乎沒有氧化，當然氧 化污垢的發生皆無，由此可以了解顯示其優良之耐氧化 性。藉此，藉此可以了解充分的發揮習知之鍍〇之任務， 但不實施焊鐵頭3之前端部3a之Fe電鍍，而改質全表面的場 合，由於全體被以Ah〇3之安定之氧化皮膜所覆蓋，形成以 通常之焊劑無法附上夾頭，所以此等一定要嚴袼的避免。 (實施例2) 其次，關於鋼製焊鐵頭3之胴體部分8之内面的表面改 質。該部分的改善迄今沒有進展’主要被提出來的是用以 附加耐氧化性之鑛㈣之技術上的困難為其最大的原因。 藉以下實施例加以說明。 試料形狀與實施例同樣，但胴體部分之直徑為 4.2mm、深度為 23mm。 第7圖為在其實施例首先預先在焊鐵頭3的外周面、實 1230639 五 '發明說明（8) 施例1之1〇_1部分，以與實施例丨同樣之方法塗敷八丨粒子與 氟化物系焊劑的混合物後，進一步，在胴體部分8的内面均 一的塗敷，其後在與實施例1相同條件下進行加熱處理之表 面改質層為10-2。處理後，為了觀察内面之狀態半割切斷 同試料觀察其結果，得到與外周面之表面改質層iOd完全 不變之外觀。 更進一步’為了更了解表面改質層的耐氧化性，進行 其—人之試驗。該方法係與第4圖同樣測定氧化增量之方法， 將在貫施例2所製作之焊鐵頭與無處理頭，在300〜600°C大 氣中之爐中加熱1小時，由其氧化增量進行耐氧化性之比 較。其結果如第8圖所示。依試驗溫度表示平均每丨個焊鐵 頭之氧化增量，但已表面改質之焊鐵頭到6〇〇°c氧化完全沒 有增量，可以確認具有優良之耐氧化性。尚且，由於焊鐵 頭溫度，通常的作業係使用4〇〇°C以下，所以被設定成不達 到彼等以上之溫度，但在本實驗，為了謀求試驗時間的短 縮’進行了使溫度上升到600°C的高溫之試驗。 (實施例3)
無處理的使用銅製之焊鐵頭後，很明顯的夾頭被磨 損，其前端部急速的消耗。為此通常藉Fe電鍍謀求改善。 在前述之實施例卜為僅在其端部3a實施Fe電鍍的場合。但 是僅在其前端部之部分電鍍，有必要藉掩蔽等由電鍍浴保 護電鍍以外之部分，因此製造過程變成繁雜，招致製品成 本的上升等，反過來有可能全面電鍍方面變成較有I 在此，在本實施例，表示在焊鐵頭的全表面實施以電
1230639 五、發明說明（9) 鍵的場合。首先如第9圖所示，在全表面實施Fe電鍍7後， 在除了前端部3a之表面實施cu電鑛11。其次，如第1〇圖所 不’若以與實施例1同樣之方法表面改質前述Cu電鍍u的 話亦可。 藉此’ Cu電艘層11係與A1粒子合金化，生成Cu-Al合 金的表面改質層10-3。該改質層，係改質實施例丨及2之銅 素材後不改變性質•性能，顯示優良之耐酸化性。此時， 不實施度Cull直接在Fe電鍍層進行處理後，Fe電鍍層與… 粒子在加熱處理之際，由於因反應在界面生成脆弱之合金 層所以不適當。另外，此時iCu電鍍之厚度有必要為1〇# m以上’在彼等以下生成與Fe電鍍類似之合金層。 (實施例4) 其次，針對具有設置實施例1〜3所說明之表面改質層 之焊鐵頭所形成之焊鐵加以說明。第丨丨圖為關於第4實施例 之焊鐵30之概略構成圖（a)與分離狀態之各構成構件。圖示 之丈干鐵3 0，係由把手構件3 1、加熱構件3 2、固定構件3 3、 與父換構件34所構成，在使用每一定次數，使交換構件％ 與新的構件交換。 在焊鐵30焊上之際，將加熱構件插入把手構件31之 後將固疋構件33扭進把手構件3 1將加熱構件32固定於把 手構件31其後，使父換構件34之切入溝36卡合於被設置 於^定構件33的前端之圓柱突起35，將交換構件％固定於 固㈣件33。如第U⑷圖所示，切入溝36在轴方向偷與 直徑方向溝36b被形成L字狀，在軸方向溝恤導引圓柱突 1230639 、發明說明（10) 起35，將交換構件34壓入固定構件33之後，使交換構件34 旋轉’形成在直徑方向溝36b的終端保持圓柱突起35。 在該實施例，焊鐵頭係構成第1構件37與第2構件38可 以分離，並分別被固定於交換構件34的前端與加熱構件Μ 的前端（第ii(b)圖）。第12圖係詳細圖示交換構件34，交換 構件34，係由略圓筒狀之管構件39與被壓入管構件39的前 端之銅製的第1構件一體化所構成。 第1構件37，係如第14(a)圖所示，被形成略圓錐形狀 作為具有被形成平坦作業面4〇之全體，在後端側，如點線 所示，被形成在圓錐狀淺淺被切入之接觸面41。第l4(d) 圖為圖示第1構件37之截面構造，後端側係包含接觸面41 的部分被生成Cu-Al合金之改質層37a。一方面，第1構件37 之彼等以外之部分，係被首先設置鍍鐵層，其外側係被以 除了別端側之鑛焊層37c之鏟鉻層37d覆蓋。 如第13(a)圖所示，加熱構件32，係由第2構件38、管 構件42、與加熱器43所構成。該第2構件％，係成銅製被形 成有底圓筒狀；該管構件42,係被嵌合於第2構件38的基端 側外周，該加熱器43，係呈棒狀被内插於第2構件3 8。尚且， 加熱器43被由第2構件38的後端側插入後，藉具有優良電氣 絕緣性與熱傳導性之陶瓷黏著材，第2構件38與加熱器43 被一体化。 第13(b)圖為圖示第2構件38之截面構造。第2構件38， 係對應第1構件37之接觸面41被形成圓錐狀之前端部44。而 且，在包含該前端部44之第2構件38的外周，生成Cu_A^ 13 五、發明說明（U) 金之改質層38a。 该焊鐵的場合，使用使第i構件37與第2構件38接觸， 但接觸面4卜44由於被表面改質成A1濃度高之^^八丨合金包 膜層，所以顯示優良之熱傳導性，顯示可以滿足溫度控制 特性。另外，如將接觸面鍍金與鍍銀的場合則不用焊接兩 接觸面。 作為分離型之焊鐵，1988年8月29曰申請之實公平 6-46617號之技術為典型的，其後一直落後，^”年丨月17 曰申請之PCT/EP97/00220(WO97/26108)之技術被提案出 來。但是，無論怎樣的發明均沒有對接觸面下工夫，無法 發揮如本發明之優良之熱傳導性與溫度控制特性。 (實施例5) 第15圖為圖示實施例1〜3之變形例。在該實施例5，在 焊鐵頭3的胴體部分，形成略6角柱形狀之開口部8〇。另外， 配合開口部80的形狀，陶瓷加熱器5〇也形成略6角柱形狀。 在實施例4的場合，由於將陶瓷加熱器作成角柱形狀，所以 與圓柱形狀的場合相比，焊鐵頭與陶瓷加熱器5〇之接觸面 積變大，更可以使熱傳導性提昇。 <發明的效果> 如以上所述若依據本發明，在高溫環境下之耐酸性性 優良，由於熱傳導性也高所以更高精度的溫度控制變成可 能。 <圖面的簡單說明> 第1圖為表示習知之電焊鐵的構造之分解透視圖； !23〇639 I^~____ 五、發明說明（u) 第2圖為表示第1圖之電焊鐵之組合狀態之圖； 第3圖為習知之焊鐵之焊鐵頭之概略截面圖； 第4圖為表示將表面改質之銅板與無處理銅板，1扮加 熱到大氣中之6〇〇°C後之氧化量的比較之圖； 第5圖為表示本發明之各實施例之焊鐵頭的截面形狀 尺寸之圖； 第6圖為表示本發明之焊鐵頭之第1實施例，僅在焊鐵 頭的前端部Fe電鍍，藉本發明表面改質彼等以外之表面之 截面概略圖； 第7圖為表示本發明之焊鐵頭的第2實施例，藉本發明 表面改質内藏棒狀陶瓷加熱器之焊鐵頭的胴體部分的内面 之截面概略圖； 第8圖為表示將實施例2之表面改質後之焊鐵頭與無處 理之焊鐵頭，加熱IHr到大氣中之600°C後之氧化增量的比 較圖； 第9圖為表示本發明之焊鐵頭的第3實施例之製造途中 之狀態’在焊鐵頭全面實施Fe電鍍後，除了前端部實施cu 電鍍之截面概略圖； 第1 〇圖為表示本發明之焊鐵頭的第3實施例之製造完 成後之狀態’藉本發明表面改質第9圖所示Cu電鑛層之截 面概略圖； 第ll(a)(b)圖為圖示關於第4實施例之焊鐵者； 第12圖為（a)(b)為詳細的圖示第丨丨圖之交換構件者； 第13圖為同時詳細的圖示第丨丨圖之加熱構件（a)與第2 15 l23〇639
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