专利名称：无铅焊锡合金及使用该合金的电子零件的制作方法
技术领域：
本发明涉及无铅的焊锡合金，亦即无铅焊锡合金、及使用该合金的电子零件。
近年来，铅的有害性被视为问题，以法律来限制其使用正被研讨中。因此，用以取代Sb-Pb系焊锡合金的铅的含有量极端少的焊锡合金或不含铅成份的无铅焊锡合金的开发是当务之急。
作为无铅焊锡合金的例子，可举出日本专利第3036636号及美国专利第4758407号。
日本专利第3036636号涉及用于将电子零件粘接到电子装置的电路基板所用的无铅焊锡合金，其是将锡(Sn)-铜(Cu)合金的铜成份的一部份以镍(Ni)取代者，通过将其成份比作成Cu0.05-2.0wt％，Ni0.001-2.0wt％，Sn其余部份，目的在于提高前述粘接部份的机械强度。
又，美国专利第4758407号，是为了防止铅或镉由自来水管用的铅管溶出到饮用水中，而提倡以铜管、黄铜管作为自来水配管，该专利是关于用于此等铜管、黄铜管与此等的连接用的连接管件间进行焊接所用的焊锡合金。
又，此焊锡合金的主成份为锡(Sn)或锡(Sn)与锑(Sb)，任何一种的焊锡合金都作成不含铅(Pb)及镉(Cd)。
此处，锡为主体的焊锡合金组成为Sn92.5-96.9wt％，Cu3.0-5.0wt％，Ni0.1-2.0wt％，Ag0.0-5.0wt％。
又，锡/锑为主体的焊锡合金的组成为Sn87.0-92.9wt％，Sb4.0-6.0wt％，Cu3.0-5.0wt％，Ni0.0-2.0wt％，Ag0.0-5.0wt％又，日本专利第3036636号的焊锡合金的熔融温度为230℃前后，此焊锡合金，如前述，是用于将电子零件连接到电路基板，因此其熔融温度(回焊(reflow)时的温度)须尽可能低为佳。
又，美国专利第4758407号的焊锡合金的熔融温度为240℃前后到330℃前后，由于此焊锡合金是用于例如家庭用热水器的作为供水管的铜管、黄铜管及它们的连接管件间的焊接，因此考量其焊接时的作业性等场合，其焊锡合金的熔融温度以较低为佳。
然而，电子零件中，有线状或细带状的电性导体(以下称为卷线材)所卷绕形成的高频线圈或变压器(以下，称为线圈零件)。而且，作为此等线圈零件的卷线材，于铜芯上涂瓷漆或氨基甲酸乙酯形成绝缘被膜作为电线使用。
有关上述线圈零件，于其卷绕于线轴的卷绕开始处及卷绕终了处各端部与该卷轴下端设置的端子接脚等的电极部须作连接，因此有进行焊锡的必要。
为了对端子等进行焊锡作电性连接，需要将上述电线的前端的绝缘被膜材去除。一般，作为去除被膜材方法，有机械削除的方法、药品溶解的方法、以及藉高温加热分解或溶解的方法。
而，以往以采用以高温加热的方法为多。
例如，对于制造上述线圈零件，是在卷线材的卷绕开始处及卷绕终了处的各端部与该线轴的下端所设置的端子接脚等的电极部连上后，将上述接连的部份浸渍于以高温加热的焊锡液中而进行。亦即，于进行焊锡的同时将上述卷线材的绝缘被膜材去除是一般的做法。
于进行焊锡之际，若使用不含铜成份的无铅焊锡合金的场合，电线的前端于接触熔融的焊锡(焊锡液)之时，会发生作为母材的铜会溶解到焊锡液中而变细的所谓蚀铜现象。此蚀铜现象，是为上述线圈零件之类的电子零件的引起断线事故的重要原因。
此现象，当焊锡的熔融温度越高，则溶入所述焊锡液中的铜量愈多，且，铜的溶解速度也愈怏。因此，随着电线的线径变细，上述的断线事故愈容易发生。另一方面，欲防止蚀铜现象，一般习知的方法为在所述无铅焊锡合金中添加微量的铜，但若铜的含有量变得过多，则熔融焊锡(焊锡液)的粘性变强，会对需要焊锡的部位附着必要量以上的焊锡，而发生如柱状垂下的现象或多出的焊锡跨越到邻接的部位而引起架桥(bridge)现象。又，除此之外，当铜的含有量变成过多时，会发生锡层厚度(焊锡的附着量)不均或润湿性变差等不良的情形。
又，若熔融焊锡的熔融温度低，则瓷漆或氨基甲酸乙酯等的绝缘被膜材无法完全溶解，成为焊锡附着不完全或导通不良的要因。又，前述无铅焊锡合金的熔融温度有随着铜的含有量增加而变高的倾向。
又，本发明的第二方面，是提供一种电子零件，其为使用芯部由铜或含有铜的合金所构成的该芯部上施以绝缘被膜的导体的电子零件，其特征为，所述导体相互间或所述导体与该电子零件的其他部位，是以上述的含有5.3到7.0wt％的铜(Cu)，与0.1到0.5wt％以下的镍(Ni)，其余者为锡(Sn)的无铅焊锡合金进行焊锡，藉此，可预防上述的起因于电子零件的蚀铜现象的断线事故。
本发明的第三方面，其特征为，于本发明的第二方面中，于上述电子零件进行焊锡之际，无铅焊锡合金的熔融温度是设定为400℃到480℃，藉此可将上述的绝缘被膜确实地溶解。
作为卷线材的使用铜芯线上涂布瓷漆或氨基甲酸乙酯作成绝缘被膜的电线的线材零件的一例子，如
图1所示。
同图中，1为线材零件，2为线轴，于本实施例是以铁氧体(ferrite)一体形成者。3为铜芯线上施以瓷漆或氨基甲酸乙酯的绝缘被膜所形成的卷线材，4为前述卷线材3所卷绕于前述卷轴2的轴体的卷线部，5为设置于前述卷轴2的下端的端子接脚，6为卷线材3的卷绕开始及卷绕终了处的引出尾端，其是接到前述端子接脚5形成电性连接。
前述端子接脚5，是用以将线圈零件1作电性连接到电路基扳(未图示)的电路导体者。又，于前述端子接脚5处多为使用于钢的芯线的表面施以镀铜所成的钢导线(HCP线)。
此处，为使卷线部4与端子接脚5作电性连接，作为连络部7处的拉出的末端6的前端的绝缘被膜材的去除是必要的。如前述，作为前述卷线材3的绝缘被膜的去除方法，有机械式削除的方法、使用药品溶解的方法、使用高温加热分解或溶解的方法，而本发明是采使用高温加热的方法。
亦即，将卷绕于卷轴2的轴体的卷线部4所拉出的末端6接到端子接脚5之后，将前述连络部7浸渍于焊锡槽中，藉此，以焊锡液热溶解去除该绝缘被覆电线的被膜材，并同时进行焊锡。
发明者等，用添加铜于锡中的无铅焊锡合金，对卷线零件进行试验，于焊锡温度(焊锡的熔融温度)为350℃以下时，并不能将铜线的瓷漆被膜完全地去除。实验例表1是表示，将直径0.4mm的瓷漆被覆的铜线浸渍于熔融焊锡液时，焊锡温度与焊锡后铜的直径的关系的测定结果，列示出焊锡合金的组成含有量与焊锡温度及蚀铜程度的大小以及焊锡面的状态的关连数据。表1中的“蚀铜程度的大小”是以瓷漆涂覆的铜线在焊锡前的导线直径(0.4mm)为基准者，较其减少10％之时为“大”，减少5％以上-10％以下之时为“中”，减少0-0.5％之时为“小”，又，“肥大”是意味着铜线直径较前述基准值增大。
表1
由上表1的实验例可明白知道，对于只有锡-铜的焊锡合金而已，铜的含有量愈少，蚀铜的比率愈大，例如铜的含有量4wt％其余为锡的场合，瓷漆被膜铜线的直径减少24.5％。
又，对于只有锡-铜的焊锡合金而言，随着铜的含有量增加，焊锡于熔融温度的较低区域下，熔融焊锡的粘性变大，焊锡部的锡层厚度变得不均一，瓷漆被覆膜导线的直径较基准在肥大变粗，过量的焊锡发生垂下的柱状现象。
又，于对锡添加铜7wt％的Sn-7Cu及对锡添加铜8wt％的Sn-8Cu焊锡合金，熔融温度400℃时，发生柱状现象。与此相对照，于对锡添加铜5.3wt％及镍0.2wt％的焊锡合金(Sn-5.3Cu-0.2Ni)，熔融温度400℃下，瓷漆被膜导线的直径较基准值仅减少4％程度，可大幅降低蚀铜的比率，又，润湿性也得以改善。又，可增加焊锡部的机械强度。
另外，若铜的含有量超过所定量的区域，镍的添加量也超过所定范围，则铜-镍的析出物会浮游于熔融的焊锡中，前述析出物会附着于焊锡部的表面，造成于焊锡部的表面有细的凹凸生成而成为粗糙的状态，焊锡的厚度无法均一，且易引起架桥现象及柱状现象，发生润湿性差的不良情形。并确认得知此现象容易发生于焊锡合金的熔融温度的较低区域下。
其次，将直径0.7mm的HCP线(不二电线制)反覆进行焊锡之时，至其表面光泽变黑为止的、焊锡次数示于表2。
表2
如前述，上述HCP线是为钢的芯线表面镀铜的钢导线，是被利用于图1的线圈零件1的端子接脚5及其他的电子零件的端子导体等。
表2是表示，HCP线的镀铜层剥落露出底材钢线为止的次数及焊锡合金的组成以及进行焊锡时的温度的关系，上述次数愈多则铜镀层的剥落状况愈少，换言之，是表示发生蚀铜的比率及蚀铜的量较小。
特别是，适度添加镍的场合，已知即使在焊锡温度较高的区域，蚀铜也不易发生的事实。
本发明的无铅焊锡合金，如同以上所述，即使于焊锡温度高的领域，蚀铜也不易发生，且可减少因于该蚀铜导致的铜的减少量。
因此，可预防使用以铜或含铜的合金作为芯线的绝缘被膜导体的电子零件于焊锡时的断电事故，特别是对绝缘被膜导体的线径较细者有显着的效果。又，通过于高温进行焊锡，可将前述绝缘被膜导体的绝缘被膜材确实地溶解，因此可防止因绝缘被膜材的残渣造成的导通不良情形。
权利要求
1.一种无铅焊锡合金，其含有5.3到7.0wt％的铜(Cu)，与0.1到0.5wt％以下的镍(Ni)，其余皆为锡(Sn)。
2.一种电子零件，是使用芯部由铜或含有铜的合金所构成，在该芯部上施以绝缘被膜的导体的电子零件，其特征为所述导体相互间或前述导体与该电子零件的其他部位，是以含有5.3到7.0wt％的铜(Cu)，与0.1到0.5wt％以下的镍(Ni)，其余皆为锡(Sn)的无铅焊锡合金进行焊锡。
3.如权利要求2的电子零件，其中是将含有5.3到7.0wt％的铜(Cu)，与0.1到0.5wt％以下的镍(Ni)，而余者为锡(Sn)的无铅焊锡合金于400℃到480℃熔融而进行焊锡。
全文摘要
本发明的目的是预防于以铜或含有铜的合金作为芯线的绝缘被膜导体的电子零件中的导体进行焊锡时发生的断线事故者。本发明的解决手段是将含有5.3到7.0wt％的铜(Cu)，与0.1到0.5wt％以下的镍(Ni)，其余者为锡(Sn)的无铅焊锡合金于400℃至480℃的范围内进行熔融，对以铜作为母材的绝缘被膜导体的连接部进行焊锡。
文档编号H01F27/29GK1426339SQ01808699
公开日2003年6月25日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者泉田耕市, 高野勇龟, 阿部一志, 盛林俊之, 萩尾浩一, 竹中顺一 申请人:日商·胜美达股份有限公司, 日商·胜美达工业股份有限公司, 日本减摩股份有限公司