TWI643960B - 無鉛錫合金及使用其之鍍錫銅線 - Google Patents
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Abstract
本發明係利用錫、銅、鎳、銻、鉍等金屬組成一種無鉛錫合金及使用其之鍍錫銅線，該無鉛錫合金可以使銅線在無需助焊劑塗佈的情況下，可以直接浸入裝有該無鉛錫合金之高溫錫槽進行鍍錫作業；且相較習知無鉛錫合金，本發明之無鉛錫合金因為流動性及濕潤性較佳，因此所形成之錫鍍層厚度相對也較為均勻，以及具有更好的抗銅蝕性以防止銅線在浸錫製程中斷開。
Description
本發明係有關於一種無鉛錫合金，特別是指一種用於披覆在銅線表面的無鉛錫合金以及使用其之鍍錫銅線。
按，錫合金及錫鍍層是一種可焊性良好並具有一定抗氧化能力的合金及披覆層，廣泛應用於導線、電子元件、印製線路板中。例如，鍍錫銅線即係一種於銅線(導線的一種)表面披覆一層錫的產品，錫披覆層隔絕內部的銅線與外界接觸，能夠防止銅線氧化以及提供後續焊接工段更好的焊接性。鍍錫銅線常用的製作方式，如台灣發明專利公告I402375B1號係於裝有錫液之浸錫盒(或稱錫槽)進行浸錫製程而將銅線鍍上錫液並且冷卻之後，以如第1圖所示，整體鍍錫銅線10即以在銅線11表面形成一錫鍍層12的型態，使銅線表面披覆一層防止銅線氧化的錫。
再者，鍍錫銅線10的產品品質好壞取決於錫鍍層12的品質，如錫鍍層12氧化程度，以及錫鍍層12厚度是否均勻等；在已知的技藝中，錫鍍層12係以含有錫及鉛的錫鉛合金用來作為用於銅線11表面的錫鍍層12，但因為鉛及其化合物對環境的污染嚴重，加上現今環保意識抬頭，近年來關於鉛的有害性問題受到重視，含鉛之錫鉛合金近年來逐漸遭到國際限用，因此逐漸以「無鉛錫合金」來取代。
然而，習知無鉛錫合金的成分組成中，除了錫之外還包含不同的金屬種類及金屬含量，其直接影響了材料的性能及特性，一般而言於含銅量相對較高的習知無鉛錫合金，於前述浸錫製程的錫槽中其錫液的流動性相對較差，因此會導致習知無鉛錫合金過度殘留在銅線11的局部表面，除了形成鍍錫層12表面不平整(厚度不均勻)之外，過量的無鉛錫合金更會在兩相鄰的鍍錫銅線10之間形成會造成電短路的錫橋接(bridge)現象；為了提高習知無鉛錫合金其錫液的流動性則需要更高的錫液溫度，這使得當使用細的銅線11暴露於高溫錫槽中時，細的銅線11會在前述浸錫製程中因高溫錫液中的高溫而加速被錫液所侵蝕溶解而被破壞引起細瘦化及甚至整個斷線，因而導致鍍錫銅線10於後續的焊接工段所產生的導電品質不良或無法導電，而此銅線被錫液所侵蝕溶解的現象被稱為銅蝕(copper erosion)現象，或也被稱為銅蝕性，意指無鉛錫合金的錫液其對銅線11的侵蝕程度。而錫液溫度愈高則會導致銅線的銅被溶出的速度愈快，銅線被細瘦化的程度也愈嚴重，斷線的機率也因而變高以及更容易發生。
當然，習知技術中也有將銅線11表面塗上助焊劑之後，然後將已塗佈助焊劑之銅線11浸入錫槽中，使習知無鉛錫合金與銅線11結合在一起，而於銅線11表面形成錫鍍層12。然而，使用助焊劑雖然可在較低溫之錫槽中作業，但卻會有助焊劑殘留的問題，而這些殘留於錫鍍層12之助焊劑更可能使錫鍍層12出現腐蝕現象，造成鍍錫銅線10於後續焊接工段的焊接性變差甚至無法使用。
為了避免鍍錫銅線於後續焊接工段無法使用，因而於不在銅線塗佈助焊劑的狀況下，如何提供一種於浸錫製程的錫槽中具有較佳流動性、較佳濕潤性、較佳抗銅蝕性(較佳防止銅蝕現象的能力)以及冷卻後具有均勻錫鍍層厚度的新穎無鉛錫合金，長久以來一直是產業界及學術界所亟欲解決之課題。
因此，本創作人所提出之新穎的無鉛錫合金，其對銅線有較佳濕潤性以增加上錫速度，而快速的上錫速度則可增加產量及生產速度，並且減少銅蝕現象；同時，本創作人提出之新穎的無鉛錫合金，其於錫槽中亦具有良好的流動性以於銅線表面形成均勻錫鍍層厚度，並且避免橋接現象。
本發明之一種無鉛錫合金，包括：3.0~6.0wt%的銅、0.05~0.35wt%的鎳、0.005~0.1wt%的銻及0.005~0.1wt%的鉍，其餘為錫。
本發明第一種基本實施樣態的無鉛錫合金，係包括：3.0~6.0wt%的銅、0.05~0.35wt%的鎳、0.005~0.1wt%的銻、0.005~0.1wt%的鉍，其餘為錫。
前述無鉛錫合金，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於0.15wt%。
前述無鉛錫合金，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於或等於0.105wt%。
前述無鉛錫合金，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於或等於0.1wt%。
前述無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括4.0~5.0wt%的銅。
前述無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括0.15~0.25wt%的鎳。
前述無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括0.005~0.05wt%的銻。
前述無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括0.005~0.05wt%的鉍。
前述無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括4.5wt%的銅、0.2wt%的鎳、0.05wt%的銻及0.05wt%的鉍。
本發明另提出一種鍍錫銅線，該鍍錫銅線係以前述之無鉛錫合金披覆於一銅線之表面並形成一錫鍍層。
本發明主要利用錫、銅、鎳、銻、鉍等金屬組成一種無鉛錫合金，由於沒有蓄意添加鉛，因此大幅降低毒性；使銅線在無需助焊劑塗佈的情況下，可直接浸入裝有該無鉛錫合金之高溫錫槽進行鍍錫作業以製作鍍錫銅線。且相較習知無鉛錫合金，本創作之無鉛錫合金因為流動性及濕潤性佳，所形成之錫鍍層厚度相對較為均勻且可降低橋接現象，以及具有更好的抗銅蝕性防止銅線在製程中斷開；當然，使用該無鉛錫合金的鍍錫銅線不但表面錫鍍層厚度均勻，更可獲致相對較為可靠的機械結構強度及抗氧化能力。
本發明主要提供一種無鉛錫合金，以及使用該無鉛錫合金的產品，該無鉛錫合金實質上不含鉛(Pb)。前述實質上不含鉛係指原則上只要非蓄意在錫合金中添加鉛者，例如於製造過程中無意但不可避免的雜質或接觸，因此基於本發明主旨即可被視為實質上不含鉛或可視為無鉛；且由於鉛常以雜質(Impurity)的角色存在於錫(Sn)或其他金屬中，類似極少量之雜質，很難用一般冶金技術將之完全去除，目前各種無鉛合金中，對於鉛雜質上限的定義尚未統一，歐、美、日某些重要協會組織的定義則分別為：歐盟 RoHS的0.lwt%Pb；美國JEDEC的0.2wt%Pb；日本JEIDA的0.lwt%Pb；其中wt%指的是重量百分比，本文以下wt%同指重量百分比。
本發明之該無鉛錫合金，係由錫、銅(Cu)、鎳(Ni)、銻(Sb)、鉍(Bi)等金屬組成，該無鉛錫合金係可以採用包括：3.0~6.0wt%的銅、0.05~0.35wt%的鎳、0.005~0.1wt%的銻、0.005~0.1wt%的鉍，其餘為錫，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於0.15wt%；於前述用語「其餘為錫」，為避免誤解，上述用語不應被理解為排除其他於製造過程中無意但不可避免的雜質。因此，前述用語「其餘為錫」應被理解為補足該無鉛錫合金至100wt%之重量百分比例係由錫加上不可避免的雜質所組成，假若雜質存在。另外，本發明及專利範圍所述之數值範圍的限定總是包括端值。
本發明之該無鉛錫合金的製造：
本發明之該無鉛錫合金可以藉由包含以下步驟之方法製造：(1)依據對應的金屬成分及重量百分比，準備對應的金屬材料；(2)將已經準備好的材料加熱熔化及鑄造，形成該無鉛錫合金。當然，也可運用如台灣發明專利公告I485027號之製造方式以製造本發明之該無鉛錫合金。
本發明之該無鉛錫合金的運用：
本發明之該無鉛錫合金的運用請參閱第2圖，係結合本發明之該無鉛錫合金而所形成之一鍍錫銅線20，該鍍錫銅線20係於一銅線21之表面以該無鉛錫合金披覆於該銅線21之表面並形成一錫鍍層22，該無鉛錫合金於一錫槽(圖未示出)中對該銅線21有較佳濕潤性以增加上錫速度，而快速的上錫速度則可增加產量及生產速度，並且減少銅蝕現象；同時，本發明之該無鉛錫合金，其於該錫槽中亦具有良好的流動性以於該銅線21表面形成均勻地該錫鍍層22的厚度，並且避免橋接現象。該錫鍍層22的組成與該無鉛錫合金相同。
本發明之該無鉛錫合金的效果評估與測試：
該無鉛錫合金係藉由抗銅蝕測試以評估銅蝕現象；該無鉛錫合金係藉由潤濕性測試以評估上錫速度；該無鉛錫合金係藉由流動性測試以評估流動性。
抗銅蝕測試：
以線徑0.1mm的銅線泡進裝填有實施例或比較例之無鉛錫合金所形成的480°C之錫液中進行測試，銅線會接上電路以測試銅線完全被熔化斷開所需的時間，判定標準為超過2.5秒才斷開則判定為抗銅蝕性良好並標示為「○」，介於2.0~2.5秒之間斷開則判定為抗銅蝕性可接受並標示為「△」，小於2.0秒斷開則判定為抗銅蝕性失敗並標示為「X」。
流動性測試：
本實驗特製一鐵框架，並將線徑0.1mm的銅線以間距0.2mm纏繞在其上，形成20個在兩相鄰的銅線之間的銅線間距；將纏繞有銅線及有20個銅線間距之鐵框架泡進裝填有實施例或比較例之無鉛錫合金所形成的480°C之錫液1秒後，將鐵框架自錫液中取出並靜置冷卻，以光學顯微鏡作輔助放大觀察在兩相鄰的銅線之間是否出現錫橋接及出現錫橋接的數量，判定標準為在兩相鄰的銅線之間形成小於或等於1個錫橋接則判定為流動性良好並標示為「○」，2~4個錫橋接則判定為流動性可接受並標示為「△」，大於或等於5個錫橋接則判定為流動性失敗並標示為「X」。
潤濕性測試：
使用厚度0.3mm、寬度10mm及長度30mm的銅片，銅片經過酸蝕處理後於裝填有實施例或比較例之無鉛錫合金所形成的380°C的錫液中以潤濕天平(wetting balance)進行潤濕性測試，此測試以潤濕時間t
0做為標準，潤濕時間t
0是指銅片從觸碰到錫液開始，到突破錫液表面後，錫液對銅片的潤濕角形成九十度所需的時間。判定標準為潤濕時間t
0小於1.5秒則判定為潤濕性良好並標示為「○」，潤濕時間t
0介於1.5~2.0秒則判定為潤濕性可接受並標示為「△」，潤濕時間t
0超過2秒則判定為潤濕性失敗並標示為「X」。
依據前述本發明之該無鉛錫合金的製造方式，調製成如下述表1中所記載之各合金組成的無鉛錫合金，表1中包含本發明之該無鉛錫合金為實施例1~實施例14，以及做為與實施例相比較之比較例1~比較例8；並且，藉由前述本發明之該無鉛錫合金的效果評估與測試，即將實施例1~實施例14及比較例1~比較例8分別進行抗銅蝕測試、流動性測試及潤濕性測試：
表1
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 無鉛錫合金 </td><td> Sn [wt%] </td><td> Cu [wt%] </td><td> Ni [wt%] </td><td> Sb [wt%] </td><td> Bi [wt%] </td><td> Sb+Bi [wt%] </td><td> 抗銅蝕測試 </td><td> 流動性測試 </td><td> 潤濕性測試 </td><td> 整體評核結果 </td></tr><tr><td> 實施例1 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> 實施例2 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.005 </td><td> 0.105 </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例3 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.005 </td><td> 0.1 </td><td> 0.105 </td><td> △ </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例4 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.005 </td><td> 0.05 </td><td> 0.055 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例5 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.005 </td><td> 0.055 </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例6 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.005 </td><td> 0.005 </td><td> 0.01 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例7 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.15 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例8 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例9 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.25 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例10 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.35 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例11 </td><td> 餘量 </td><td> 4.0 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例12 </td><td> 餘量 </td><td> 3.0 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> △ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例13 </td><td> 餘量 </td><td> 5.0 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 實施例14 </td><td> 餘量 </td><td> 6.0 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> △ </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> 0.15 </td><td> X </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.05 </td><td> 0.15 </td><td> X </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.075 </td><td> 0.075 </td><td> 0.15 </td><td> X </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例4 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.1 </td><td> 0.2 </td><td> X </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例5 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.01 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> X </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例6 </td><td> 餘量 </td><td> 4.5 </td><td> 0.4 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> X </td><td> X </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例7 </td><td> 餘量 </td><td> 2.0 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> X </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> X </td></tr><tr><td> 比較例8 </td><td> 餘量 </td><td> 7.0 </td><td> 0.2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.05 </td><td> 0.1 </td><td> ○ </td><td> X </td><td> X </td><td> X </td></tr></TBODY></TABLE>
表1中Sn標示「餘量」的意思等同前述用語「其餘為錫」，因此，前述用語「其餘為錫」或「餘量」的意思應被理解為補足該無鉛錫合金至100wt%之重量百分比例。將同一實施例或同一比較例進行前述抗銅蝕測試、流動性測試及潤濕性測試等的三個測試，如果測試結果中出現任一個「X」，則於表1中「整體評核結果」欄位標示為「X」，代表此實施例或比較例不符合本發明的要求；如果測試結果中出現任一個「△」，則於表1中「整體評核結果」欄位標示為「△」，代表此實施例或比較例符合本發明的要求；如果三個測試結果中皆出現「○」，則於表1中「整體評核結果」欄位標示為「○」，代表此實施例不僅符合本發明的要求且為最佳實施例。
由表1顯示實施例1之「整體評核結果」欄位中標示為「○」，因此實施例1為最佳實施例，該無鉛錫合金包括：4.5wt%的銅、0.2wt%的鎳、0.05wt%的銻、0.05wt%的鉍，其餘為錫，且銻之重量百分比數值(本實施例為0.05wt%)與鉍之重量百分比數值(本實施例為0.05wt%)的加總值係小於0.15wt%(本實施例為等於0.1wt%)。
本發明在整個創作構思的過程中，並無法輕易的由單一金屬預知其在整體合金當中所能呈現的特性，而係必須在合金繁瑣的製造過程(製程、備程)中評估得知，且藉由不斷的逐漸變易具有近似性質的金屬或成分，探索可能具有所需求的特性，進而確定各金屬或成分的性質是否能夠使最終無鉛錫合金之組成物能夠具有較佳的抗銅蝕性、流動性、濕潤性。因此，將表1中之實施例與比較例說明如下：
3.0~6.0wt%的銅：
於無鉛錫合金中，添加銅之重量百分比會影響抗銅蝕測試的優劣，過低的銅之重量百分比會使得無鉛錫合金無法通過抗銅蝕測試；過高的銅之重量百分比雖然會有較好的抗銅蝕性，但會導致無鉛錫合金無法通過流動性測試及潤濕性測試。比較例7採用2.0wt%的銅，其於抗銅蝕測試標示為「X」，表示過低重量百分比的銅導致合金沒通過抗銅蝕性；比較例8採用7.0wt%的銅，其於抗銅蝕測試雖然標示為「○」，然而於流動性測試、潤濕性測試及「整體評核結果」欄位中的卻被標示為「X」，代表過量重量百分比的銅導致合金沒通過流動性測試及潤濕性測試；實施例12採用3.0wt%的銅、實施例11採用4.0wt%的銅、實施例1~實施例10採用4.5wt%的銅、實施例13採用5.0wt%的銅及實施例14採用6.0wt%的銅，其於表1中「整體評核結果」欄位皆標示為「△」或「○」，代表無鉛錫合金中包含3.0~6.0wt%的銅能符合本發明的要求。尤其參照將採用2.0wt%的銅之比較例7增加銅的含量至3.0wt%的銅之實施例12，即可使得實施例12之無鉛錫合金符合本發明的要求；尤其參照將採用7.0wt%的銅之比較例8減少銅的含量至6.0wt%的銅之實施例14，即可使得實施例14之無鉛錫合金符合本發明的要求。
本發明之該無鉛錫合金以包含4.0~5.0wt%的銅為較佳。
0.05~0.35wt%的鎳：
於無鉛錫合金中，添加及提高鎳之重量百分比會有較好的抗銅蝕性，但也會導致無鉛錫合金產生無法通過流動性測試及潤濕性測試的風險。比較例5採用0.01wt%的鎳，其於抗銅蝕測試標示為「X」，表示過低重量百分比的鎳導致合金沒通過抗銅蝕性；比較例6採用0.4wt%的鎳，其於抗銅蝕測試雖然標示為「○」，然而於流動性測試、潤濕性測試及「整體評核結果」欄位中的卻被標示為「X」，代表過量重量百分比的鎳導致合金沒通過流動性測試及潤濕性測試；實施例8採用0.05wt%的鎳、實施例7採用0.15wt%的鎳、實施例9採用0.25wt%的鎳、實施例1~實施例6及實施例11~實施例14採用0.2wt%的鎳、實施例10採用0.35wt%的鎳，其於表1中「整體評核結果」欄位皆標示為「△」或「○」，代表無鉛錫合金中包含0.05~0.35wt%的鎳能符合本發明的要求。尤其參照將採用0.01wt%的鎳之比較例5增加鎳的含量至0.05wt%的鎳之實施例8，即可使得實施例8之無鉛錫合金符合本發明的要求；尤其參照將採用0.4wt%的鎳之比較例6減少鎳的含量至0.35wt%的鎳之實施例10，即可使得實施例10之無鉛錫合金符合本發明的要求。
本發明之該無鉛錫合金以包含0.15~0.25wt%的鎳為較佳。
至此，已知本發明之該無鉛錫合金採用3.0~6.0wt%的銅及0.05~0.35wt%的鎳才能符合本發明的要求；而本發明之該無鉛錫合金以包含4.0~5.0wt%的銅及0.15~0.25wt%的鎳為較佳。由於比較例5~8所採用的銅及鎳之重量百分比已不符合上述條件，因此下述討論將集中以表1中所有實施例與比較例1~4為討論對象。
銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於0.15wt%：
於無鉛錫合金中，添加及提高銻及鉍之重量百分比會有較好的流動性及潤濕性，但也會導致無鉛錫合金產生無法通過抗銅蝕性測試的風險。比較例1~3採用銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係等於0.15wt%，比較例4則採用銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係等於0.2wt%，比較例1~4於抗銅蝕測試皆標示為「X」，表示皆沒通過抗銅蝕測試，但卻有良好的流動性及潤濕性；實施例6採用銻及鉍共0.01wt%、實施例4及實施例5皆採用銻及鉍共0.055wt%、實施例2及實施例3皆採用銻及鉍共0.105wt%、實施例7至實施例14及實施例1皆採用銻及鉍共0.1wt%，其於表1中「整體評核結果」欄位皆標示為「△」或「○」，代表無鉛錫合金中包含銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於0.15wt%能符合本發明的要求。尤其將採用共0.15wt%的銻及鉍之比較例1，使其減少銻及鉍的共同含量，至小於0.15wt%的銻及鉍的共同含量之實施例1(於實施例1中的數值為0.1wt%)，即可使得實施例1之無鉛錫合金符合本發明的要求。
本發明之該無鉛錫合金以包含銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於或等於0.105wt%為較佳。
本發明之該無鉛錫合金以包含銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於或等於0.1wt%為較更佳。
0.005~0.1wt%的銻：
於無鉛錫合金中，添加及提高銻之重量百分比會有較好的流動性但卻會有導致抗銅蝕變差的風險。於實施例2、5及6中，銅、鎳及鉍的重量百分比皆相同，而銻的重量百分比則分別為實施例6的0.005wt%、實施例5的0.05wt%，並且提升至實施例2的0.1wt%；值得注意的是，流動性測試結果從實施例6的可接受(標示為「△」)，提升至實施例5及實施例2的良好(標示為「○」)，然而抗銅蝕測試的結果恰為與流動性測試結果相反，抗銅蝕測試結果從實施例6的良好(標示為「○」)，降低至實施例2的可接受(標示為「△」)。於實施例2、5 、6及1，其於表1中「整體評核結果」欄位皆標示為「△」或「○」，代表無鉛錫合金中包含0.005~0.1wt%的銻能符合本發明的要求。
本發明之該無鉛錫合金以包含0.005~0.05wt%的銻為較佳。
0.005~0.1wt%的鉍：
於無鉛錫合金中，添加及提高鉍之重量百分比會有較好的潤濕性但卻會有導致抗銅蝕變差的風險。於實施例3、4及6中，銅、鎳及銻的重量百分比皆相同，而鉍的重量百分比則分別為實施例6的0.005wt%、實施例4的0.05wt%，並且提升至實施例3的0.1wt%；值得注意的是，濕潤性測試結果從實施例6的可接受(標示為「△」)，提升至實施例3的良好(標示為「○」)，然而抗銅蝕測試的結果恰為與濕潤性測試結果相反，抗銅蝕測試結果從實施例6的良好(標示為「○」)，降低至實施例3的可接受(標示為「△」)。於實施例3、4 、6及1，其於表1中「整體評核結果」欄位皆標示為「△」或「○」，代表無鉛錫合金中包含0.005~0.1wt%的鉍能符合本發明的要求。
本發明之該無鉛錫合金以包含0.005~0.05wt%的鉍為較佳。
本發明之無鉛錫合金除了可用於鍍錫銅線之外，也能當作一接合材料運用於銅線與一被接合物(例如其他金屬線)之接合；其接合製程可以為銅線與被接合物先以物理方式假性結合在一起後，再將銅線與被接合物一起浸入錫槽內，讓銅線與被接合物之間以本發明之無鉛錫合金所形成之一接合部位將銅線與被接合物結合在一起。由於本發明能減緩銅蝕的現象及增加錫液之流動性，故會降低此接合部位之銅蝕現象，並改善接合部位之外觀及降低接合部位之橋接現象。
與傳統習用技術相較，本發明主要利用錫、銅、鎳、銻、鉍等金屬組成一種無鉛錫合金，由於沒有蓄意添加鉛，因此大幅降低毒性；使銅線在無需助焊劑塗佈的情況下，可直接浸入裝有該無鉛錫合金之高溫錫槽進行鍍錫作業以製作鍍錫銅線。且相較習知無鉛錫合金，本創作之無鉛錫合金因為流動性及濕潤性佳，所形成之錫鍍層厚度相對較為均勻且可降低橋接現象，以及具有更好的抗銅蝕性防止銅線在製程中斷開；當然，使用該無鉛錫合金的鍍錫銅線不但表面錫鍍層厚度均勻，更可獲致相對較為可靠的機械結構強度及抗氧化能力。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
[先前技術]
10‧‧‧鍍錫銅線
11‧‧‧銅線
12‧‧‧錫鍍層
[本發明]
20‧‧‧鍍錫銅線
21‧‧‧銅線
22‧‧‧錫鍍層
第1圖係為一習用鍍錫銅線之結構示意圖。 第2圖係為本發明之鍍錫銅線結構示意圖。
Claims (10)
- 一種無鉛錫合金，包括：3.0~6.0wt%的銅、0.05~0.35wt%的鎳、0.005~0.1wt%的銻及0.005~0.1wt%的鉍，其餘為錫。
- 如申請專利範圍第1項所述之無鉛錫合金，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於0.15wt%。
- 如申請專利範圍第2項所述之無鉛錫合金，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於或等於0.1wt%。
- 如申請專利範圍第1項所述之無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括4.0~5.0wt%的銅。
- 如申請專利範圍第4項所述之無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括0.15~0.25wt%的鎳。
- 如申請專利範圍第5項所述之無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括0.005~0.05wt%的銻。
- 如申請專利範圍第6項所述之無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括0.005~0.05wt%的鉍。
- 如申請專利範圍第7項所述之無鉛錫合金，其中銻之重量百分比數值與鉍之重量百分比數值的加總值係小於或等於0.1wt%。
- 如申請專利範圍第8項所述之無鉛錫合金，其中該無鉛錫合金係包括4.5wt%的銅、0.2wt%的鎳、0.05wt%的銻及0.05wt%的鉍。
- 一種鍍錫銅線，該鍍錫銅線係以申請專利範圍第1項所述之無鉛錫合金披覆於一銅線之表面並形成一錫鍍層。
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