Ｆｅ熔食防止用焊料合金和Ｆｅ熔食防止方法技术

本发明专利技术提供在使用被覆有Ｆｅ或Ｆｅ类合金的软钎焊机器而以Ｓｎ为主成分的Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ类的无铅焊料合金进行软钎焊时、被覆有Ｆｅ或Ｆｅ类合金的软钎焊设备构件的Ｆｅ熔食防止方法以及Ｆｅ熔食防止用焊料合金。所述焊料合金是由Ａｇ：０．３质量％以上４．０质量％以下、Ｃｕ：０．１质量％以上１．０质量％以下、Ｃｏ：０．００１质量％以上０．５质量％以下、必要时进一步含有Ｎｉ：０．０１质量％以上０．１质量％以下、余量实际上为Ｓｎ而构成的合金组成的焊料合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及被覆Fe或Fe类合金的构件的。本专利技术尤其还涉及当采用人工焊接在印制电路板上进行软钎焊时使用的软钎焊用设备构件的。
技术介绍
近年来，在印制电路板的软钎焊中使用Pb-Sn合金。这种Pb-Sn合金是共晶组成(Pb-63Sn)，熔点为183℃，相对低温下的软钎焊成为可能。因此，对于不耐热的电子零件，其热影响少，另外软钎焊性优良，所以具有未钎焊或去湿等软钎焊不良的发生也减少的优点。但是，Pb-Sn合金含有对人体有害的Pb成分，所以最近在电子设备的软钎焊中使用不含Pb的所谓“无铅焊料”。无铅焊料是以Sn为主要成分，目前使用的无铅焊料合金除了是Sn-3.5Ag(熔点221℃)、Sn-0.7Cu(熔点227℃)、Sn-9Zn(熔点199℃)、Sn-58Bi熔点139℃)等二元合金之外，还可以在它们当中适当添加Ag、Cu、Zn、Bi、In、Sb、Ni、Cr、Co、Fe、Mn、P、Ge、Ga等第三元素。本专利技术中所说的“……类合金”是指至少含有该成分的合金，当是如上所述的二元合金时，是指该二元合金本身、和向该二元合金中进一步添加1种以上的第三元素的合金。例如，Sn-Zn类是指Sn-Zn合金本身和在Sn-Zn中添加1种以上的上述第三元素的合金，Sn-Ag类是指Sn-Ag合金本身和在Sn-Ag中添加1种以上的上述第三元素的合金。目前，Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金的主流成为Sn-3Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag-0.75Cu等Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金。Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金能够与人工焊接(manual soldering)、流体焊接(flow soldering)、回流焊接(reflow soldering)等所有的工作法相对应，软钎焊强度的可靠性以及软钎焊性出色。在实际使用的其他无铅焊料合金中，作为低成本的流体焊接用焊料合金有Sn-0.7Cu无铅焊料合金等Sn-Cu类合金，作为熔融温度低的回流焊接用焊料合金有Sn-Zn类焊料合金以及Sn-In类焊料合金等，不过从整体来看只占很小的比例。人工焊接是指手工作业的软钎焊，是使用烙铁(soldering iron，solderingtrowel)而进行的。人工焊接是针对流体焊接、回流焊接的修正或后附加零件的软钎焊而进行的。烙铁的构造是在内置加热器的烙铁主体的顶端上安装有烙铁头。在烙铁头的母材上使用传热性优良的Cu以及Cu合金等，为了防止Sn引起的Cu的熔食，在其进行软钎焊的顶端部分上进行镀Fe，或者在镀Ni的基础上进行镀Fe以进行被覆。但是，用于人工焊接的焊料合金，通过从以往的Sn-Pb类焊料合金置换成目前使用的Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金，其烙铁头的消耗增强，烙铁的烙铁头的寿命约为1/3。一直以来，作为对使用了无铅焊料时的烙铁头的Fe被覆层的腐蚀进行抑制的方法，提议使用已添加Fe 0.01质量％～0.2质量％的焊料合金。(专利文献1)但是，Fe向无铅焊料合金的配合，具有相同软钎焊在每单位时间的Fe被覆层的腐蚀抑制效果，不过明显妨碍焊料的润湿性并延长软钎焊时间，所以结果是Fe被覆层被腐蚀。专利文献1特开2003-62688号
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供在使用被覆有Fe或Fe类合金的构件并以Sn为主成分的SN-Ag-Cu类焊料合金进行软钎焊时、用于防止被覆有Fe或Fe类合金的软钎焊用设备构件的Fe熔食的焊料合金以及Fe熔食防止方法。由此，Fe熔食现象变得显著的原因是通过置换成无铅焊料，易溶解Fe的焊料中的Sn含量升高，焊料自身的润湿性变差，采用烙铁的软钎焊时间约为2倍，和以往的Sn-Pb类焊料合金的熔融温度(约183℃)相比，Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金的熔融温度(约220℃)和焊料的熔融温度上升了约40℃，所以烙铁头的使用温度也可以举例为从Sn-Pb类焊料合金的使用温度的350℃～420℃上升至Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金的使用温度的380℃～450℃，其结果是增进与Fe的反应，被覆层容易被腐蚀。本专利技术者发现，等通过使用在Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金中添加了微量Co的焊料，在Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金中分散Co并防止Fe的溶解，从而难以引起烙铁的烙铁头的Fe熔食，于是完成了本专利技术。本专利技术中的Fe熔食防止用焊料合金是Ag0.3质量％以上4.0质量％以下、Cu0.1质量％以上1.0质量％以下、Co0.001质量％以上0.5质量％以下、余量实际上为Sn而构成的合金组成的焊料合金。为了改善焊料合金的耐疲劳性，在上述焊料合金组成中也可以含Ni为0.01质量％以上0.1质量％以下。本专利技术的特征在于，是在使用被覆有Fe或Fe类合金的软钎焊用构件而以Sn为主成分的Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金进行软钎焊时、使用含有Co为0.001质量％以上0.5质量％以下的Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金来进行软钎焊的、被覆有Fe或Fe类合金的软钎焊用设备构件的Fe熔食防止方法。通过本专利技术，作为防止Fe熔食的容易引起Fe熔食的软钎焊用设备构件，可以列举出用于人工焊接的烙铁的烙铁头、用于软钎焊机器人的烙铁的烙铁头、以及用于修补(repair)装置的烙铁的烙铁头等。如上所述的构件如前所述通过镀Fe或者在镀Ni的基础上进行镀Fe而进行被覆。其中，在镀Fe中也包括类似Fe-C合金那样的Fe类合金镀。通过在本专利技术的Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金中使用添加了Co0.001质量％以上0.5质量％以下、优选Co0.01质量％以上0.1质量％以下的焊料合金，与以往的Sn-Pb类合金相比，即使使用由焊料造成的Fe熔食强烈的Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金，作为用于人工焊接的烙铁的烙铁头保护膜的Fe被覆层的熔食较少，烙铁头的寿命延长约3倍。具体实施例方式这里，关于本专利技术的焊料合金造成的Fe熔食防止机制，不是非常清楚，但有推测如下。即，“Fe熔食”是在接触焊料的构件等中含有的Fe成分在软钎焊过程中消耗的现象，一般是指在熔融焊料中溶解Fe成分的现象。由此，在使用了无铅焊料合金的软钎焊中出现Fe的熔食的原因在于，通过Sn和Fe反应(相互扩散)而合金化，其易溶解于熔融焊料中的Sn。Sn的含量越多，Fe熔食越显著。该现象在不锈钢中同样出现，产生不锈钢的熔食。不锈钢也是Fe类合金的1种，在本说明书中也包括这样的情况，称之为Fe熔食。由此可知，对于在无铅焊料合金中所见的防止Fe熔食，可以控制能够溶解Fe的量和其速度。那样的溶解量和速度因焊料组成和温度而异。因此，为了抑制Fe向焊料中的Sn溶解的速度，如同现有技术所见，通过预先在Sn中添加Fe而可以抑制。但是，在熔融状态下溶解的Fe也在凝固后几乎不相对于Sn固溶，即使溶解微量的Fe，也会在凝固时析出(结晶)FeSn化合物，所以引起液相线温度的上升。从元素周期表可知，Fe是属于第8族的金属，和属于相同的第8族的Co和Ni，属于第6族的Cr等被称为过渡金属，具有相似的性质。大多数的过渡金属和Fe一样，在Sn中不固溶，且作为化合物析出，所以引起液相线温度的上升，但Ni和Co具有产生共晶组成并使熔融温度下降的性质。本专利技术者等就着眼于这一点。当在Sn-Ag-Cu类无铅焊料合金中添加Ni、Co时，它们在熔融时溶解于Sn中。特别发现了，当为Co时，即使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｆｅ熔食防止用焊料合金，其特征在于，是由Ａｇ：０．３质量％以上４．０质量％以下、Ｃｕ：０．１质量％以上１．０质量％以下、Ｃｏ：０．００１质量％以上０．５质量％以下、余量实际上为Ｓｎ而构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：俵文利，大西司，广濑慎悟，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]