無鉛焊錫絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無鉛焊錫絲，其特征在于：無鉛焊錫絲包含有1.5-8%（質(zhì)量）的Cu，0.01-2%（質(zhì)量）的Co，0.01-1%（質(zhì)量）的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相線溫度為420℃或以下。無鉛焊錫絲可進一步包括一種及以上的氧化抑制元素和/或一種及以上的潤濕改善元素，其可選自P，Ge和Ga的組成物或Ag為0.05-2%（質(zhì)量）的組合物，作為潤濕性提高元素。該無鉛焊錫絲被涂覆于一種銅線線圈的端部。本發(fā)明的有益效果是：在熔融狀態(tài)下使用時，不容易受到銅浸出，且減少鉛中毒的現(xiàn)象產(chǎn)生，實用方便。
【專利說明】無鉛焊錫絲【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種焊錫絲，特別是一種無鉛焊錫絲。
【背景技術】
[0002]在電子設備中，如計算機中可以使用各種線圈。線圈端部的焊接優(yōu)選是在用焊錫絲預涂線圈端部之后，以保證形成滿意的焊接接頭?？梢詫⒕€圈端部浸入熔融的焊錫絲中進行這種預涂。一些在電子設備中用于制造線圈的銅線細至直徑為100微米或更小。當將這樣細的銅線端部浸入到熔融的焊錫絲中時，可能會發(fā)生所謂的銅浸出。銅浸出是這樣一種現(xiàn)象，即浸入熔融焊錫絲中的細銅線在熔融的焊錫絲中溶解，從而使電線變得更細或完全消失。銅浸出也可能發(fā)生在線圈端部的焊接過程中，特別是在浸焊過程。過去已采取對策來防止細銅線中的銅浸出。為了防止在熔融的焊錫絲中細銅線的銅浸出，最廣泛使用的技術是添加銅到焊錫絲中。由于可以溶解在熔融的焊錫絲中的銅的量是有限的，因此當銅浸入熔融焊錫絲中時，加有銅的焊錫絲的使用使得銅線難以在熔融焊錫絲中溶解。這種焊錫絲的一個例子就是Pb-Sn-Cu合金。這種合金的一般成分是Pb-63Sn合金中再添加Cu，從而使其中具有約1.5%至2%的Cu含量。相對于銅線，Pb-Sn-Cu焊錫絲具有良好的可焊性，所以它已被廣泛用于預涂線圈端部。然而，由于鉛(Pb)的毒性，當含鉛廢料在填埋場中處理，而酸雨從廢物中將鉛溶解并且污染地下水時，這可能會導致鉛中毒，因此需要使用一種無鉛焊錫絲用于預涂和焊接線圈端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供了一種無鉛焊錫絲，用以解決上述的現(xiàn)有問題。
[0004]本發(fā)明的技術方案如下:一種無鉛焊錫絲，其特征在于:無鉛焊錫絲包含有
1.5-8% (質(zhì)量)的Cu，0.01 一 2% (質(zhì)量)的Co，0.01 一 1% (質(zhì)量)的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相線溫度為420°C或以下。`
[0005]無鉛焊錫絲可進一步包括至少一種的氧化抑制元素和/或至少一種的潤濕改善元素，其可選自P，Ge和Ga的組成物或Ag為0.05 — 2% (質(zhì)量)的組合物，作為潤濕性提高元素。
[0006]該無鉛焊錫絲被涂覆于一種銅線線圈的端部。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:在熔融狀態(tài)下使用時，不容易受到銅浸出，且減少鉛中毒的現(xiàn)象產(chǎn)生，實用方便。
【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明一種無鉛焊錫絲，其特征在于:無鉛焊錫絲包含有1.5-8%(質(zhì)量)的Cu，0.01一 2% (質(zhì)量)的Co，0.01 一 1% (質(zhì)量)的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相線溫度為420°C或以下。無鉛焊錫絲可進一步包括至少一種的氧化抑制元素和/或至少一種的潤濕改善元素，其可選自P，Ge和Ga的組成物或Ag為0.05 — 2% (質(zhì)量)的組合物，作為潤濕性提高元素。該無鉛焊錫絲被涂覆于一種銅線線圈的端部。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的這種無鉛焊錫絲特別適合與由具有絕緣涂層的線圈一起使用，以便熱除去線圈端部的絕緣涂層，同時還可以通過將線圈浸入熔融焊錫絲中，用焊錫絲預涂線圈。這種無鉛焊錫絲也適用于將銅線線圈的端部焊接到電氣端子上?？梢酝ㄟ^浸焊或鐵焊來進行這樣的焊接。優(yōu)選地，待焊接的線圈端部可以用焊錫絲預涂。在這種情況下，可以僅僅通過加熱爐中的焊錫絲，或用加熱工具如電烙鐵，就可能在某些情況下用預涂焊錫絲來進行焊接。
[0010]為了熱除去線圈端部的絕緣涂層，該涂層通常包括內(nèi)搪瓷涂層和外聚氨酯涂層，需要將線圈端部加熱到400°c附近的溫度。因此，焊錫絲應在該溫度下熔化，以形成熔融焊錫絲，從而線圈端部浸入時能熱除去絕緣涂層。但是，如果熔融焊錫絲的溫度高于470°C，線圈上浸入的絕緣涂層會在其中立即碳化，并且得到的碳將粘附在線圈端部，從而防止焊錫絲與銅線結合。溫度高于470°C也是不利的，因為銅浸出在如此高的溫度下會很容易發(fā)生。
[0011]通常是在溫度為20°C到50°C的范圍內(nèi)用熔融焊錫絲來進行浸焊的，該溫度高于焊錫絲的液相線溫度，并且其取決于待焊接部分的熱容量。因此，為了使浸焊可以在470°C或以下的溫度中進行，根據(jù)本發(fā)明的焊錫絲液相線溫度應該為420°C或以下。
[0012]為了防止線圈端部浸入熔融焊錫絲中時發(fā)生銅浸出，根據(jù)本發(fā)明的Sn系無鉛焊錫絲含有1.5-8% (質(zhì)量)的Cu和0.01 一 2% (質(zhì)量)的Co。如果Cu的含量不小于1.5% (質(zhì)量)，那防止銅浸出的效果是不明顯的。添加的Cu超過8% (質(zhì)量)的量會導致焊錫絲的液相線溫度高于420°C，從而造成嚴重的銅浸出，并不利地影響可焊性。
[0013]添加Co到Sn-Cu系焊錫絲中對進一步降低Sn-Cu系焊錫絲的銅浸出是非常有效的。如果Co的含量小于0.01% (質(zhì)量)，這種效果是不明顯的。而當Co含量增加至約2%(質(zhì)量)時，銅浸出效果達到飽和。Co的添加超過2% (質(zhì)量)也是不利的，因為它同時也增加了焊錫絲液相線溫度。
[0014]Cu的含量優(yōu)選為2-5% (質(zhì)量)，并且Co的含量優(yōu)選為0.05 一 0.5% (質(zhì)量)，更優(yōu)選為0.05 一 0.2% (質(zhì)量)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，為了進一步提高Cu和Co的效果，以防止銅浸出，可任選地加入鎳到焊錫絲中。如果Ni的含量小于0.01% (質(zhì)量)時，這種效果是部明顯的。另外，添加超過1% (質(zhì)量)的Ni會大幅度增加焊錫絲的液相線溫度，即高于420°C，如上所述這是不可取。因此，在添加Ni時，Ni的含量優(yōu)選為0.01 — 1% (質(zhì)量)，更優(yōu)選為0.1 — 0.3% (質(zhì)量)。
[0016]通過將線圈端部浸入熔融焊錫絲中，為了除去涂層銅線線圈端部的絕緣涂層，熔融焊錫絲的溫度高達約400°C或以上(優(yōu)選低于470°C，如上所述)。在這樣高的溫度下，焊錫絲的氧化變得顯著，并且大量的氧化物會形成在熔融焊錫絲的表面上。另外，為了抑制焊錫絲的氧化，可以添加一種或多種能抑制熔融焊錫絲氧化的元素。這種元素可以是P，Ge,和Ga。在添加這些元素時，這些氧化抑制元素中的一種或多種在焊錫絲中的總量為0.001一 0.5% (質(zhì)量)。如果這些氧化抑制元素的總量小于0.001% (質(zhì)量)時,所需的效果不能明顯的實現(xiàn)。但是，如果這些元素的總量超過0.5% (質(zhì)量)，它們將會不利地影響可焊性。優(yōu)選地，氧化抑制元素的總量為0.005 一 0.1% (質(zhì)量)。
[0017]當將線圈端部浸入熔融焊錫絲中時，熔融焊錫絲會充分潤濕浸入的銅線，并且除去其絕緣涂層。無鉛Sn-Cu-Co和Sn-Cu-Co-Ni焊錫絲可能不總是具有足夠的潤濕性來完全濕潤浸入的銅線。其結果是，浸入在熔融焊錫絲中的銅線的整個部分可能并沒有預涂有焊錫絲。為了避免這種不良現(xiàn)象的發(fā)生，可以添加一種具有改善潤濕性效果的元素到焊錫絲中。這種潤濕性改善元素的一個例子是Ag。當添加Ag時，其優(yōu)選的量為0.05-2% (質(zhì)量)，更優(yōu)選為0.1% (質(zhì)量)。如果Ag的含量小于0.05% (質(zhì)量),其潤濕性改善效果不會明顯表現(xiàn)。在銀含量為約2% (質(zhì)量)時，Ag的潤濕性改善效果達到飽和。并且Ag也是昂貴的，因此添加的Ag最好不要超過2% (質(zhì)量)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，無鉛焊錫絲Sn-Cu-Co或Sn-Cu-Co-Ni焊錫絲可以是任何形式的,但通常是適用于形成熔融焊錫絲的形式，如條狀焊錫絲，預制焊錫絲或類似形式。當通過供應焊錫絲到端子，使焊錫絲用于將預涂線圈焊接到電氣端子時，其可以采取焊線，藥芯焊絲或焊膏形式。
[0019]如上所述，在將涂層銅線的線圈端部浸入熔融焊錫絲中之前，可以運用助焊劑到線圈端部，從而在絕緣涂層從熔融焊錫絲中的銅線上除去后，焊劑可以立即發(fā)揮其在銅線上的作用?？捎盟上阆岛竸崿F(xiàn)這一目的，雖然也可以使用其他焊劑，只要它們在高達400°C或以上的熔融焊錫絲的溫度下能夠產(chǎn)生作用。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的無鉛焊錫絲有效地抑制了熔融狀態(tài)下的銅浸出，即使其具有容易溶解Cu的Sn系組成物。因此，其特別適合于在熔融狀態(tài)下使用，通過將線圈端部浸入熔融焊錫絲中，以除去絕緣涂層和預涂線圈端部，通過浸潰的線圈端部在熔融的焊錫絲中，從而最大限度地減少或消除金屬絲直徑的顯著減小或金屬絲的完全消失，即使線圈是由直徑為100微米或更小的細銅線制成的。其結果是，預涂有焊錫絲的線圈可靠性大幅度得到提高。
[0021]實例 銅浸出速度
將每個焊錫絲在焊料浴中加熱到400°C，以達到熔融狀態(tài)。浸入作為測試材料的涂層銅線線圈，其上覆蓋有內(nèi)搪瓷涂層和外聚氨酯涂層。在講松香焊劑沿預定的長度運用到線圈端部后，將線圈端部在400°C下浸入熔融焊錫絲10秒，20秒或30秒。每次浸入期之后，測量銅線的直徑以確定由銅浸出導致的金屬絲直徑的減小速度(微米每秒)，以此作為銅浸出銅浸出速度。
[0022]潤濕性
每個焊錫絲的潤濕性可以通過將尺寸為10毫米X30毫米X0.3毫米的銅片材在400°C下浸入到熔融焊錫絲中，使用潤濕稱量試驗可以測量其潤濕性?？赏ㄟ^測試時得到的用于潤濕曲線的過零時間(潤濕時間)來評估潤濕性。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的這種含有Co的無鉛Sn-Cu系焊錫絲表現(xiàn)出其能顯著地抑制銅浸出，這就在于其銅浸出速度明顯慢于常規(guī)或已知的Sn-Cu系焊錫絲。因此，添加少量的Co到Sn-Cu系焊錫絲中能非常有效的抑制銅浸出。潤濕時間較短顯示出添加的Ag具有改善潤濕性的效果。
【權利要求】
1.一種無鉛焊錫絲，其特征在于: 無鉛焊錫絲包含有1.5-8% (質(zhì)量)的Cu，0.0l 一 2% (質(zhì)量)的Co，0.01 一 1% (質(zhì)量)的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相線溫度為420°C或以下。
2.根據(jù)權利要求1所述的無鉛焊錫絲，其特征在于:無鉛焊錫絲可進一步包括至少一種的氧化抑制元素和/或至少一種的潤濕改善元素，其可選自P，Ge和Ga的組成物或Ag為0.05 一 2% (質(zhì)量)的組合物，作為潤濕性提高元素。
3.根據(jù)權利要求1所述的無鉛焊錫絲，其特征在于:該無鉛焊錫絲被涂覆于一種銅線線圈的端部。
【文檔編號】B23K35/26GK103586599SQ201310559374
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權日:2013年11月12日
【發(fā)明者】王偉德 申請人:寧波市鄞州恒迅電子材料有限公司